- •Введение
- •1.Общие сведения Технико-эксплуатационные характеристики эвм
- •История развития эвм
- •Классификация эвм
- •1.1.Классификация эвм по назначению
- •1.2. Классификация эвм по функциональным возможностям и размерам
- •Функциональная и структурная организация эвм
- •1.3.Связь между функциональной и структурной организацией эвм
- •1.4.Обобщенная структура эвм и пути её развития
- •1.4.1.Обрабатывающая подсистема
- •1.4.2.Подсистема памяти
- •1.4.3.Подсистема ввода-вывода
- •1.4.4.Подсистема управления и обслуживания
- •2.Архитектуры эвм
- •Sisd-компьютеры
- •2.1.Компьютеры с cisc архитектурой
- •2.2.Компьютеры с risc архитектурой
- •2.3.Компьютеры с суперскалярной обработкой
- •Simd-компьютеры
- •2.4.Матричная архитектура
- •2.5.Векторно-конвейерная архитектура
- •2.6.Ммх технология
- •Misd компьютеры
- •Mimd компьютеры
- •2.7.Многопроцессорные вычислительные системы
- •2.7.1.Многопроцессорные вычислительные системы с общей шиной.
- •2.7.2.Многопроцессорные вычислительные системы с многовходовыми модулями оп.
- •2.8.Многомашинные вычислительные системы (ммвс)
- •2.8.1.Многомашинные комплексы
- •2.8.2.Ммр архитектура
- •3.Структура и форматы команд эвм
- •Форматы команд эвм
- •Способы адресации
- •3.1.Классификация способов адресации по наличию адресной информации в команде
- •3.2.Классификация способов адресации по кратности обращения в память
- •3.3.Классификация по способу формирования исполнительных адресов ячеек памяти
- •3.3.1.Относительная адресация
- •Теги и дескрипторы. Самоопределяемые данные
- •5.Процессоры. Центральный процессор
- •Логическая структура цп
- •Структурная схема процессора
- •Характеристики процессора
- •Регистровые структуры центрального процессора
- •5.1.Основные функциональные регистры
- •5.2.Регистры процессора обработки чисел с плавающей точкой
- •5.3.Системные регистры
- •5.4.Регистры отладки и тестирования
- •Назначение и Классификация цуу
- •Устройства управления цп
- •5.5.Цуу с жесткой логикой.
- •5.6.Цуу с микропрограммной логикой
- •5.7.Процедура выполнения команд
- •6.Язык микроопераций
- •Описание слов, регистров и шин
- •Описание массива данных и памяти.
- •Описание микроопераций
- •Условные микрооператоры.
- •7.Арифметико-логическое устройство
- •Структура алу
- •Сумматоры
- •Классификация алу
- •Методы повышения быстродействия алу
- •8.Память эвм
- •Организация внутренней памяти процессора.
- •Оперативная память и методы управления оп
- •8.1.Методы управления памятью без использования дискового пространства (без использования внешней памяти).
- •8.1.1.Распределение памяти фиксированными разделами.
- •8.1.2.Размещение памяти с перемещаемыми разделами.
- •Организация виртуальной памяти.
- •8.2.Страничное распределение.
- •8.3.Сегментное распределение.
- •8.4.Странично - сегментное распределение.
- •8.5.Свопинг
- •Методы повышения пропускной способности оп.
- •8.6.Выборка широким словом.
- •8.7.Расслоение сообщений.
- •Методы организации кэш-памяти
- •8.8.Типовая структура кэш-памяти
- •8.9.Способы размещения данных в кэш-памяти.
- •8.9.1.Прямое распределение.
- •8.9.2.Полностью ассоциативное распределение.
- •8.9.3.Частично ассоциативное распределение.
- •8.9.4.Распределение секторов.
- •8.10.Методы обновления строк в основной памяти
- •Системы внешней памяти
- •9.Общие принципы организации системы прерывания программ
- •Характеристики системы прерываний
- •Программно-управляемый приоритет прерывающих программ
- •Организация перехода к прерывающей программе
- •10.ПодСистема ввода/вывода Принципы организации подсистемы ввода/вывода
- •Каналы ввода-вывода
- •Интерфейсы ввода-вывода
- •10.1.Классификация интерфейсов
- •10.2. Типы и характеристики стандартных шин
- •11.Вычислительные системы
- •Общие положения
- •Классификация вс
- •12. Библиографический список
- •Понятие открытой системы
- •Кластерные структуры
- •Содержание
- •2. Архитектуры эвм 22
- •3. Структура и форматы команд эвм 37
- •4. Типы данных 47
- •5. Процессоры. Центральный процессор 53
- •6. Язык микроопераций 72
- •7. Арифметико-логическое устройство 78
- •8. Память эвм 84
Интерфейсы ввода-вывода
Интерфейс – это совокупность линий и шин сигналов, электрических схем, а также алгоритмов (протоколов), осуществляющих обмен информацией между устройствами ЭВМ. Он унифицирует состав и назначение линий связи, определяет последовательность сигналов при выполнении операций, временные соотношения и переходные процессы в линиях.
Линии, сгруппированные по функциональному признаку или назначению, называют шинами интерфейса. Совокупность всех линий образует магистраль интерфейса.
Надежность и производительность ЭВМ во многом зависят от характеристик интерфейсов.
10.1.Классификация интерфейсов
Объединение отдельных подсистем (устройств, модулей) ЭВМ в единую систему основывается на многоуровневом принципе с унифицированным сопряжением между всеми уровнями — стандартным интерфейсом. Под стандартными интерфейсами понимают такие интерфейсы, которые приняты и рекомендованы в качестве обязательных отраслевыми или государственными стандартами, различными международными комиссиями, а также крупными зарубежными фирмами.
Интерфейсы характеризуются следующими параметрами:
1) пропускной способностью интерфейса — количеством информации, которая может быть передана через интерфейс в единицу времени;
2) максимальной частотой передачи информационных сигналов через интерфейс;
3) информационной шириной интерфейса — числом бит или байт данных, передаваемых параллельно через интерфейс;
4) максимально допустимым расстоянием между соединяемыми устройствами;
5) динамическими параметрами интерфейса — временем передачи отдельного слова или блока данных с учетом продолжительности процедур подготовки и завершения передачи;
6) общим числом проводов (линий) в интерфейсе.
В настоящее время не существует однозначной классификации интерфейсов. Можно выделить следующие четыре классификационных признака интерфейсов:
способ соединения компонентов системы (радиальный, магистральный, смешанный);
способ передачи информации (параллельный, последовательный, параллельно-последовательный);
принцип обмена информацией (асинхронный, синхронный);
режим передачи информации (двусторонняя поочередная передача, односторонняя передача).
На рис. 10.2 представлены радиальный и магистральный интерфейсы, соединяющие центральный модуль (ЦМ) и другие модули (компоненты) системы (М1, ..., Мп).
Рис. 10.2. Радиальный (а) и магистральный (б) интерфейсы.
Радиальный интерфейс позволяет всем модулям (М1, . . . , Mn) работать независимо, но имеет максимальное количество шин. Магистральный интерфейс (общая шина) использует принцип разделения времени для связи между ЦМ и другими модулями. Он сравнительно прост в реализации, но лимитирует скорость обмена. Параллельные интерфейсы позволяют передавать одновременно определенное количество бит или байт информации по многопроводной линии. Последовательные интерфейсы служат для последовательной передачи по двухпроводной линии.
В случае синхронного интерфейса моменты выдачи информации передающим устройством и приема ее в другом устройстве должны синхронизироваться, для этого используют специальную линию синхронизации. При асинхронном интерфейсе передача осуществляется по принципу "запрос-ответ". Каждый цикл передачи сопровождается последовательностью управляющих сигналов, которые вырабатываются передающим и приемным устройствами. Передающее устройство может осуществлять передачу данных (байта или нескольких байтов) только после подтверждения приемником своей готовности к приему данных.
Классификация интерфейсов по назначению отражает взаимосвязь с архитектурой реальных средств вычислительной техники. В соответствии с этим признаком в ЭВМ и вычислительных системах можно выделить несколько уровней сопряжений:
- машинные системные интерфейсы;
- локальные шины;
- интерфейсы периферийных устройств (малые интерфейсы);
- межмашинные интерфейсы.
Машинные (внутримашинные) системные интерфейсы предназначены для организации связей между составными компонентами ЭВМ на уровне обмена информацией с центральным процессором, ОП и контроллерами (адаптерами) ПУ
Локальной шиной называется шина, электрически выходящая непосредственно на контакты микропроцессора, и предназначенная для увеличения быстродействия видеоадаптеров и контроллеров дисковых накопителей. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буферизации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы. Типичными примерами локальных шин являются VLB и PCI,
Назначение интерфейсов периферийных устройств (малых интерфейсов) состоит в выполнении функций сопряжения контроллера (адаптера) с конкретным механизмом ПУ.
Межмашинные интерфейсы используются в вычислительных системах и сетях.
С целью снижения стоимости некоторые компьютеры имеют единственную шину (общая шина) для памяти и устройств ввода-вывода. Персональные компьютеры первых поколений, как правило, строились на основе одной системной шины в стандартах ISA, EISA или MCA. Необходимость сохранения баланса производительности по мере роста быстродействия микропроцессоров привела к многоуровневой организации шин на основе использования нескольких системных и локальных шин. В современных компьютерах шины интерфейсов делят на шины, обеспечивающие организацию связи процессора с памятью, и шины ввода-вывода. Шины процессор-память сравнительно короткие, обычно высокоскоростные и соответствуют организации подсистемы памяти для обеспечения максимальной пропускной способности канала память-процессор. Шины ввода-вывода могут иметь большую протяженность, поддерживать подсоединение многих типов устройств и обычно следуют одному из шинных стандартов. Обычно количество и типы устройств ввода-вывода в вычислительных системах не фиксируются, что дает возможность пользователю самому подобрать необходимую конфигурацию. Шина ввода-вывода компьютера рассматривается как шина расширения, обеспечивающая постепенное наращивание устройств ввода-вывода. Поэтому стандарты играют огромную роль, позволяя разработчикам компьютеров и устройств ввода-вывода работать независимо.
