II Вычислительные машины (hardware)

1. Общая структура эвм

1. Принципы

Современные ЭВМ построены на основе триггеров – электронных логических устройств, имеющих два устойчивых состояния. Реализация этих триггеров выполнена в виде полупроводниковых элементов на пленочных слоях в микросхемах с высокой степенью интеграции. Каждый триггер представляет собой один разряд какой-либо ячейки памяти, регистра или сумматора процессора.

Каждый отдельный разряд может хранить минимальную единицу информации - 1 бит. Обычно несколько разрядов (триггеров) объединяются в отдельную ячейку памяти (регистр), имеющую уникальный адрес (номер). Размер ячейки - 9 разрядов, из которых 8 разрядов (байт) служат для хранения информации, а 1 разряд - для контроля правильности хранения и операций обменов. Большая часть ячеек-регистров составляет линейно-адресуемую память, в которой располагаются обрабатываемые данные и цепочки машинных команд, часть регистров образует арифметическо-логическое устройство - процессор, работающий по законам булевой алгебры.

Такое строение ЭВМ называется фон-неймановской архитектурой.

2. Архитектура и структура пэвм

а. структура (общая шина)

Архитектура ЭВМ - это общее описание ЭВМ с точки зрения организации в ней потоков информации и способов ее обработки. В отличии от больших универсальных ЭВМ, структура которых организована по иерархическому принципу, ПЭВМ строятся на принципах "магистрально-модульной организации" (включающей стандартный интерфейс, конструктивную совместимость, единое программное обеспечение) и опирающихся на понятие "общей шины".

Интерфейс (Interface) - граница раздела двух систем, устройств или программ, а также элементы соединения и вспомогательные схемы управления, используемые для соединения устройств. Классифицируются по различным признакам: внешние - внутренние, последовательные - параллельные, синхронные - асинхронные, универсальные - специализированные и т.д.

Иерархическая структура подразумевает жесткое централизованное управление потоками информации от источника к приемнику по отдельным магистралям передачи данных. На верхнем уровне управление принадлежит центральному процессору, который определяет, какой специализированный процессор ввода/вывода (канал) должен выполнять процесс передачи данных. Управление и данные передаются этому каналу, который в свою очередь определяет, какое устройство управления руководит нужным устройством (источником или приемником данных), и пытается задействовать его в операции обмена. Решение о выборе объекта управления принимает всегда "вышестоящее" управляющее устройство.

Принцип общей шины подразумевает выдачу информации в общую магистраль, из которой ее берет то устройство, для которого эта информация предназначена. С точки зрения процессора, запись данных в ячейку памяти и вывод на внешнее устройство (ВУ) происходит одинаково, так как каждое ВУ представляет собой порт – аналог ячейки памяти со специальным адресом.

Первым наиболее характерным представителем такого класса ЭВМ была ПЭВМ IBM PC, выпущенная фирмой IBM в 1981 г. Это была машина, которую можно было модифицировать и расширять программными и аппаратными средствами, разрабатываемыми как самой фирмой IBM, так и другими разработчиками.