Лекция 1

Архитектура эвм.

Архитектура ЭВМ — это абстрактное представление или описание физической системы (программы и комплекса аппаратных средств) с точки зрения программиста, разрабатывающего программы на машинно-ориентированном языке. Она в первом приближении определяет принципы организации вычислительной системы (ВС) и функции процессора и не отражает такие вопросы, как управление и передача данных внутри процессора, конструктивные особенности логических схем и специфика технологии их производства.

Магистрально-модульный принцип построения вс

Магистрально модульный принцип построения вычислительной системы предполагает выделение общего универсального канала – магистрали для связи между элементами системы – модулями и определения общих правил взаимодействия. В центре ВС – центральный процессор (ЦП). Он управляет информационной связью между устройствами. Упрощённая структурная схема ВС изображена на рис.1. К магистрали подключены периферийные устройства (ПУ) , память и прочие устройства.

Рис.1. Магистрально-модульный принцип построения ВС

Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через информационную магистраль (другие названия — системная шина, канал обмена информацией). Магистраль — это кабель (или печатные проводники или линии соединения внутри кристалла интегральной схемы), состоящий из множества проводов. В простейшем случае можно выделить 3 группы проводов (шин). По одной группе проводов (шина данных) передается информация, по другой (шина адреса) — адрес памяти или порта периферийного устройства, к которому обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали — шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.). Количество одновременно передаваемых по шине бит данных называется разрядностью шины. Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине (как письмо сопровождается адресом на конверте). Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес ячейки в постоянной памяти или адрес (номер порта) периферийного устройства.

Рис.2. Шины информационной магистрали

Чтобы обращаться к элементам системы, каждому из элементов должен быть присвоен некоторый уникальный идентификационный признак.

В качестве уникального механизма может быть использована единая адресная система. Взаимодействие устройств осуществляется через специальные встроенные в них регистры. Каждый регистр в такой системе имеет уникальный адрес, включая регистры ЦП.

Другой вариант организации предполагает отдельные адресные пространства для памяти и устройств ввода/вывода и, соответственно, различные команды для передачи данных в эти адресные пространства.

Рассмотрим типичную операцию (транзакцию) на шине. Шинная транзакция включает в себя две части: посылку адреса и прием (или посылку) данных. Шинные транзакции обычно определяются характером взаимодействия с памятью: транзакция типа "Чтение" передает данные из памяти (или в ЦП или в устройство ввода/вывода), транзакция типа "Запись" записывает данные в память.

В транзакции типа "Чтение" по шине сначала посылается в память адрес вместе с соответствующими сигналами управления, инициирующими чтение. Память отвечает, возвращая на шину данные, сопровождая их соответствующими сигналами управления, если они предсмотрены.

Транзакция типа "Запись" требует, чтобы ЦП или другое устройство послало в память адрес и данные и соответствующие управляющие сигналы.

Для ПУ, в случае раздельных адресных пространств, используют термины "Ввод" и "Вывод".

В некоторых ВС для экономии числа проводов (шин или места на кристалле ИС) совмещают шины адреса и данных, выполняя передачу необходимой информации в разные моменты времени транзакции, сопровождая её соответствующими управляющими сигналами.