Вычислительные системы с открытой архитектурой

В начале 70-х гг. фирмой Digital Equipment Corporation был предло­жен компьютер совершенно иной архитектуры, которая позволяла сво­бодно подключать любые периферийные устройства. Главным нововведе­нием являлось подключение всех устройств к общей шине передачи инфор­мации.

Системная шина предназначена для обеспечения передачи данных между внешними устройствами и центральным процессором, а также опера­тивной памятью.

Однако, в каждый момент времени посредством общей шины могут обмениваться информацией только два устройства, что снижает произво­дительность. Решение было найдено во введении дополнительной локальной шины, к которой подключаются устройства с высокой скоростью обмена данными.

Локальная шина – это шина, непосредственно подключенная к кон­тактам микропроцессора (шина процессора).

Информационная пропускная способность шины характеризуется шириной – числом параллельных проводников для передачи информации.

Внешние устройства подключаются к шине через специальный адап­тер – контроллер.

Контроллер согласовывает сигналы устройства с сигналами шины и осуществляет управление устройством по командам, поступающим от цен­трального процессора.

Рассмотрим архитектуру современного персонального компьютера. Центральный контроллер распределяет потоки информации между про­цессором, памятью, устройством отображения и остальными узлами ком­пьютера. Запоминающее устройство и устройство отображения, имеющие наибольший объем обмена с центральным процессором и между собой, под­ключены через две дополнительные локальные шины. К центральному кон­троллеру посредством общей шины подключен функциональный контрол­лер, предназначенный для подключения стандартных внешних устройств (клавиатура, мышь, принтер, модем и т.д.). Для подключения специфических устройств часть общей шины имеет слоты расширения для установки плат контроллеров.

Центральный процессор

Центральный процессор (ЦП) координирует движение потоков ин­формации внутри компьютера и выполняет вычисления по некоторой про­грамме.

ЦП “понимает” определенную систему команд, задающих ему вы­полнение определенных операций. Любая программа представляется в виде последовательности таких команд. Работая по заданной программе, ЦП в каждый момент времени выполняет одну из ее команд.

Существует четыре основных типа команд ЦП:

1. арифметико-логические команды – выполнение арифметиче­ских действий (сложение, вычитание, умножение и деление) и ряда логиче­ских операций («логическое И», «логическое ИЛИ», «логическое НЕ»);

2. команды управления – определяют порядок выполнения ко­манд других типов (переход из одной точки программы в другую, обход не­которой последовательности команд и т.д.);

3. команды внутренней пересылки данных – дают возможность ко­пировать данные из одного места памяти в другое;

4. команды ввода-вывода – указывают устройству управления на необходимость передать информацию от внешнего устройства в память ком­пьютера для хранения или обработки и в обратном направлении.

Для выполнения своей работы ЦП использует ряд внутренних ячеек сверхоперативной памяти – регистров. Доступ к регистрам ЦП осуществ­ляется в 5-10 раз быстрее, чем к ячейкам оперативной памяти. Поэтому ре­гистры используются для хранения информации, требующейся ЦП для ра­боты.

Регистры – запоминающие ячейки с очень малым временем доступа, которые служат для хранения значений и переработки информации.

Выделяют следующие виды регистров:

1. регистр команд – содержит команду, выполняемую ЦП в теку­щий момент;

2. счетчик команд – содержит адрес команды, которая будет выпол­няться следующей;

3. регистр состояния программы – значения этого регистра зави­сят от результата последней команды (необходим, т.к. каждая программа основывает свои дальнейшие действия на результате, полученном в ходе выполнения предшествующей команды);

4. регистры общего назначения – используются для временного хранения данных.

Выборка команды из памяти и ее выполнение осуществляется за оп­ределенный интервал времени. Частота, с которой осуществляется выборка команд, называется тактовой частой процессора. Тактовая частота опре­деляет скорость выполнения процессором команд и его быстродействие.