6. Технические средства реализации информационных процессов

6.1. Понятие эвм.

Представляется разумным определить ЭВМ с точки зрения её функционирования. Целесообразно описать минимальный набор устройств, который входит в состав любой ЭВМ, и тем самым определить состав минимальной ЭВМ, а также сформулировать принципы работы отдельных блоков ЭВМ и принципы организации ЭВМ как системы, состоящей из взаимосвязанных функциональных блоков.

Большинство современных ЭВМ строится на базе принципов, сформулированных американским учёным ДЖ. Фон Нейманом в 1945 году. В целом эти принципы сводятся к следующему:

1). Основными блоками являются: блок управления, арифметико-логическое устройство, память и устройство ввода-вывода.

2). Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы, называемые словами.

3). Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов, которые определяют смысл операции. Эти управляющие слова называются командами. Совокупность команд, представляющая алгоритм, называется программой.

4). Принцип единообразия памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Разнотипные слова различаются по способу использования, но не по способу кодирования.

5). Устройство управления и арифметическое устройство обычно объединяются в одно, называемое центральным процессором. Они определяют действия, подлежащие выполнению, путём считывания команд из оперативной памяти. Обработка информации, предписанная алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой – принцип программного управления ЭВМ.

Принципы фон-Неймана практически можно реализовать множеством различных способов.

Определения.

Архитектура ЭВМ – абстрактное определение машины в терминах основных функциональных модулей, языка, структур данных. Архитектура отображает аспекты структуры ЭВМ, которые являются видимыми для пользователя: систему команд, режимы адресации, форматы данных, набор программно-доступных регистров.

Конфигурация ЭВМ – компоновка вычислительного устройства с чётким определением характера, количества, взаимосвязей и основных характеристик его функциональных элементов.

Термин «организация ЭВМ» определяет, как реализованы возможности ЭВМ.

Команда – совокупность сведений, необходимых процессору для выполнения определённого действия при выполнении программы.

Структурно современный ПК состоит из центральной и периферийной частей.

К центральной части обычно относят: центральный процессор и внутреннюю память.

Центральным процессором (ЦП) называется устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки данных и программное управление этим процессом. В состав ЦП входят Арифметико-логическое устройство (АЛУ) и Устройство управления (УУ).

ЦП взаимодействует с внутренним запоминающим устройством (ЗУ), называемом оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) или оперативной памятью (ОП). ОП предназначена для приёма, хранения и выдачи информации (чисел, символов, команд, констант). Кроме ОП во всех компьютерах обычно имеется внутренняя постоянная память, используемая для хранения постоянных данных и программ.

Для хранения больших объёмов информации, которые не используются в данный момент времени процессором, предназначаются внешние запоминающие устройства (ВЗУ). К ним относятся накопители на магнитных дисках, лентах, накопители на оптических и магнитооптических дисках.

Совокупность ВЗУ и устройств ввода-вывода информации образует периферийную часть ЭВМ.

Связь между устройствами ПК осуществляется с помощью сопряжений, называемых интерфейсами. Интерфейс представляет собой совокупность стандартизованных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информацией между устройствами.

В ПК, как правило, используется структура с одним общим интерфейсом, называемым также системной шиной.

Шинная организация. В этой схеме все устройства симметрично подсоединяются к одному каналу, называемому общей шиной. Симметрия подключения гарантирует свободное подключение новых устройств, т.е. система имеет теоретически неограниченное развитие. Некоторые узлы могут иметь специфические свойства, например процессор, оперативная память, внешние накопители данных. Между ними организуется обмен информации. Так как потоки информации ограничены возможностями одного канала, эта схема имеет принципиальные ограничения скорости работы.

Канальная организация. В этой схеме операции обмена данными с внешними устройствами организуются через специализированный узел – канал ввода-вывода. Благодаря этому можно организовать обработку информации параллельно с вводом-выводом.

Организация с перекрёстной коммутацией. Идея структурных организаций таких ЭВМ заключается в том, что все связи между узлами осуществляются с помощью специального устройства – коммутирующей матрицы. Коммутирующая матрица может связывать между собой любую пару узлов, причём таких пар может быть сколько угодно. Возможность одновременной связи нескольких пар устройств позволяет достичь очень высокой производительности комплекса.

Архитектура с распределёнными функциями являлась основной идеей японского проекта ЭВМ пятого поколения. В настоящее время эта идея осталась нереализованной. Суть идеи заключается в том, что обработка информации распределяется по «интеллектуальным» периферийным устройствам.

Конвейерная организация. Здесь обрабатывающее устройство разделяется на последовательно включённые операционные блоки, каждый из которых специализирован на выполнение строго определённой части операции.