Задание №6. Функциональная и структурная организация эвм Теоретический материал

Структурные единицы ЭВМ: устройства, узлы, блоки и элементы. Нижний уровень обработки информации реализуют элементы. Каждый элемент предназначен для обработки единичных электрических сигналов, соответствующих битам информации.

Узлы обеспечивают одновременную обработку группы сигналов – информационных слов.

Блоки реализуют некоторую последовательность в обработке информационных слов – функционально обособленную часть машинных операций.

Устройства предназначаются для выполнения отдельных машинных операций и их последовательностей. Классификация элементов ЭВМ по своему назначению представлена в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Формирующие	Логические	Запоминающие
Служат для выработки определенных электрических сигналов, восстановления их параметров	Преобразуют входные сигналы в соответствии с элементарными логическими функциями на основе алгебры логики	Способны принимать и хранить код двоичной цифры

Элементная база эвм

Дешифратор – устройство для расшифровки (декодирования) сообщения и перевода содержащейся в нём информации на язык (в код) воспринимающей системы. В общем случае дешифратор имеет n входов и m выходов. Поступающая на входы информация преобразуется – дешифрируется, – и на с оответствующем выходе (группе выходов) выделяется сигнал, указывающий признак (или содержание) входной информации. Любому сигналу или комбинации сигналов на входах соответствует определённый сигнал или комбинация сигналов на выходах. Это соответствие задаётся структурой дешифратора при его проектировании. Дешифраторы применяют в различных устройствах обработки и передачи информации: в телемеханике, в вычислительной технике (декодирующие у стройства, преобразователи представления величин), в радиотехнике и измерительной технике (детекторы, демодуляторы), в системах телефонной и телеграфной связи.

Шифратор – решает задачу обратную дешифратору, т.е. по номеру входного сигнала формируют однозначную комбинацию входных сигналов.

Схемы сравнения или компаратор – электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Комбинационный сумматор, принципы работы которого вытекают из правил сложения двоичных чисел.

Триггер – класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения.

Регистр – узел, предназначенный для приема, временного хранения и выдачи машинного слова. Регистры могут также использоваться для некоторых операций преобразования данных: для сдвига кода числа (слова) на определенное число разрядов влево или вправо, для преобразования последовательного кода числа в параллельный и наоборот и т.д. Эти дополнительные функции регистров обеспечиваются путем усложнения схем хранения, выбора более сложных триггеров и подключения дополнительных логических схем на их входах и выходах.

Счетчик – узел ЭВМ, позволяющий осуществлять подсчет поступающих на его вход сигналов и фиксацию результата в виде многоразрядного двоичного числа. Счетчик, состоящий из n-триггеров, дает возможность подсчитывать до N сигналов, связанных зависимостью:

n = log₂ N или N = 2ⁿ.

В ЭВМ счетчики используются для подсчета импульсов, сдвигов, формирования адресов и т.д. Функционально различают суммирующие, вычитающие, реверсивные счетчики. Они также отличаются друг от друга логикой работы дополнительных логических элементов, подключаемых к триггерам.

Сумматор – это узел ЭВМ, в котором суммируются коды чисел. Он представляет собой комбинацию одноразрядных сумматоров, состоящих из сумматоров комбинационного типа.

Считается, что коды, система команд, алгоритмы выполнения различных процедур и взаимодействия аппаратной части и программного обеспечения, способы использования устройств при организации их совместной работы, составляющие принципы функционирования ЭВМ, образуют функциональную организацию ЭВМ.

Все устройства ЭВМ делятся на центральные и периферийные. В состав центральных устройств ЭВМ входят центральный процессор, основная память и ряд дополнительных узлов, выполняющих служебные функции: контроллер прерываний и контроллер прямого доступа к памяти (ПДП).

Периферийные устройства делятся на два вида: внешние ЗУ (НЖМД, НГМД, НМЛ) и устройства ввода-вывода (УВВ): клавиатура, дисплей, мышь, адаптер каналов связи (КС) и др.

Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания.

Шина – это набор физических линий, связывающих центральный процессор, основную память и периферийные устройства воедино относительно передачи данных, служебных сигналов и адресации памяти.