Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
KCUC.DOC
Скачиваний:
5
Добавлен:
14.05.2013
Размер:
116.74 Кб
Скачать

Лекция 2. Основы построения и функционирования эвм.

1.Функциональный состав основных устройств ЭВМ и вычислительных систем (центральные устройства, внешние устройства (периферия), каналы ввода-вывода, каналы передачи данных).

2.Принципы записи, считывания и передачи информации. Кодирование и представление информации в ЭВМ.

3.Понятие ячейки памяти; машинные команды и операторы. Принципы адресации данных.

4.Взаимодействие устройств ЭВМ при реализации машинных команд.

1. В ЭВМ выделено 2 устройства: для хранения и обработки информации. Процессор - это устройство ЭВМ, осуществляющее запрограмированную обработку данных, включая их ввод, преобразование и вывод (он обеспечивает реализацию вычислительного процесса, управление процессом и осуществляет взаимодействие других устройств в процессе вычисления).

Пр = АЛУ + УУ + ПУ + сверхоперативное запоминающее устройство АЛУ - арифметико-логическое устройство УУ - устройство управление ПУ - пульт управления В качестве операндов, с которыми может работать АЛУ, может выступать любая информация, хранимая в оперативной памяти. АЛУ может обрабатывать и программы (производить их модификацию и т. д.).

АЛУ = СУММАТОР + РЕГИСТРЫ ПАМЯТИ + ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОДОВ Сумматоры делятся на сумматоры последовательного действия (выполняют суммирование разряд за разрядом) и параллельного действия, а также накапливающие и комбинационные.

АЛУ -- с двоичной арифметикой \ с десятичной арифметикой

АЛУ -- с фиксированной запятой \ с плавающей запятой

УУ расшифровывает команды (инструкции), поступающие в запоминающее устройство и управляет работой всех устройств машины: последовательность выполнения операции (СчАК - счетчик адреса команд), правильность выполнения операций, координирует работу всех устройств машины.

По способу организации управления УУ реализует:

1) системное управление;

2) программное и микропрограммное управление.

Системное управление - более быстрое управление за счет схемной реализации; оно более дорогое. В ЭВМ 3-го поколения реализуется принцип программного управления работы машины. Реализация некоторых машинных команд осуществляется расчленением их на микрокоманды. Последовательность микрокоманд образует микропрограмму, которая реализует выполнение команды. Такие микропрограммы хранятся в ПЗУ. Этот способ менее требователен к надежности элементов и является более дешевым.

ПУ - клавиатура (консоль). Второе основное устройство - запоминающее устройство (ЗУ), основными параметрами которого являются емкость и быстродействие. Эти параметры противоречивы, и это противоречие решается за счет иерархической структуры памяти.

1. Регистровая память (РП) предназначена для временного хранения информации на период выполнения одной команды (одно машинное слово или несколько байт); построена на полупроводниковых элементах.

2. Сверхоперативная память (небольшая ёмкость, но достаточно высокое быстродействие) используется тогда, когда приходится обращаться к данным, многократно используемых при выполнении программы; основана на интегральных схемах, магнитных плёнках, феритовых сердечниках.

3. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ): эта память предназначена только для хранения и выдачи информации (долговременная память). Характеризуется большой емкостью, но невысоким быстродействием. Основана на интегральных схемах.

4. Оперативная память (ОП) предназначена для хранения информации, непосредственно участвующей в процессе выполнения операций в АЛУ (ёмкость - несколько миллионов слов). Основана на феритовых сердечниках, магнитных плёнках, интегральных схемах.

5. Буфферная память (по размерам меньше оператьивной) предназначена для промежуточного хранения информации на период обмена между ОП и внешними устройствами. (Буфферная зона может находиться в ОП).

6. Внешняя память (ВП) по объёму во много раз превосходит ОП, в тысячи - десятки тысяч раз дешевле, но работает она медленнее. Самая медленнее ВП - на магнитной ленте, быстрее - на магнитных дисках.

Выделяют дискеты: 8" (8 - дюймовые) - первоначальные 5.25", 3" - современные

В качестве ВП используется также жёсткий магнитный диск (Винчестер); такие диски изготавливаются по специальным винчестерским технологиям. За счёт того, что диск расположен в специальном герметичном закрытом кожухе, практически невозможно повреждение, а за счёт разряжения можно обеспечить большую скорость вращения. Запись информации происходит контактным и неконтактным способами.

Все устройства ВП относятся к периферийным устройствам. РП, ПЗУ, ОП - центральные устройства ЭВМ.

Периферия включает в себя: устройство ввода - вывода (УВВ) на магнитную ленту, на графопостроители (плоттеры); сканирующие устройства, электронные пишущие машинки, мышь, принтер, лазерные печатающие устройства. По стоимости периферийные устройства во много раз превосходят основные.

Устройства динамической памяти: 1) Магазин (стек): работает по принципу "первый вошёл - последний вышел"; 2) Очередь: по принципу "первый вошёл - последний вышел" Терминалы и абонентские пункты - это периферийные устройства. Терминал - оконечное устройство (дисплей, пишущее устройство). Связь осуществляется с помощью телефона, телеграфа, специальных каналов связи (волоконная оптика). Такая организация доступа к ЭВМ называется дистанционным доступом, а оконечные устройства, с помощью которых можно обращаться к ЭВМ, называются терминалами или абонентскими пунктами.

Простейший терминал - телеграфный аппарат, связанный с ЭВМ. Более сложный - персональный компьютер, микро ЭВМ, процессор, связанне каналами с главной ЭВМ (интеллектуальный терминал).

Если к ЭВМ осуществлять доступ с нескольких терминалов по нескольким линиям связи, то необходимы дополнительные устройства, управляющие работой этих каналов связи.

Мультиплексор / ЭВМ --> передачи дан- -

ных (МПД) \ МОДЕМ _____

/_______\ /

МОДЕМ -------- ТЕРМИНАЛ

Если в качестве МПД выступает процессор или специальная ЭВМ, то МПД называют Процессором передачи данных.

Основной процессор называется центральным. При передаче данных информация искажается. Было обнаружено, что синусоидальные сигналы с чстотой 1-2 кГц искажаются незначительно. Стали использовать модемы (преобразователи) - модулятор и демодулятор, осуществляющие следующие виды модуляции:

1) амплитудная модуляция; 2) частотная модуляция; 3) фазовая модуляция.

Для того, чтобы некоторое устройство было подключено к внешнему каналу, необходимо соблюдать определённые правила взаимодействия с этим каналом:

1) правила кодирования информации и управляющих сигналов; 2) правила синхронизации работы устройств; 3) правила контроля (есть возможность восстановления искажённой информации). Комплекс этих правил сопряжения называют ИНТЕРФЕЙСОМ. Существует несколько стандартов, что:

- упрощает проблему подключения основных и дополнительных устройств;

- позволяет сделать разработку внешних устройств независимой от разработки ЭВМ, т. к. при этом важно лишь соблюдать правила сопряжения с той и другой стороны.

Виды интерфейсов, выделяемые в вычислительной технике и связи: 1) последовательные; 2) параллельные; 3) связные.

Последовательный интерфейс состоит из одной линии, данные по которой передаются в последовательном коде; пропускная способность невелика: 10^5 - 10^6 бит/сек. При этом линии связи могут достигать от нескольких десятков метров до километра.

Параллельный интерфейс состоит из большого числа линий, данные по которым передаются в параллельном коде, как правило, в виде 8 - 128 разрядных слов. Пропускная способность составляет 10^6 - 10^8 бит/сек. Расстояние - от нескольких метров до десятка метров (в некоторых случаях - до 100 м).

Связные интерфейсы поддерживают каналы связи, работа которых обеспечивается специальной аппаратурой передачи данных, повышающей в основном с помощью физических методов достоверность передачи информации. Такие интерфейсы обеспечивают передачу данных на любые расстояния со скоростью 10^ - 10^5 бит\сек. Применение связанных интерфейсов экономически оправдано при передаче информации на расстояния не меньше 1 км. В распределённых системах из-за значительных расстояний применяются последовательнае и связные интерфейсы, которые исключают возможность передачи сигналов прерывания между сопрягаемыми устройствами и требуют представления данных в виде сообщений, передаваемых с помощью операций ввода - вывода.

По характеру обслуживания каналы связи делятся на 2 класса: 1) селекторные; 2) мультиплексные. Селекторный канал в некоторый момент времени выбирает для работы один из своих подканалов и полностью переключается на обмен с этим каналом; только после окончания такого обмена он может выбрать другой подканал и работать с ним.

Мультиплексные каналы работают одновременно с несколькими подканалами.

Могут использоваться МПД или специальные процессоры. По способу передачи информации каналы разделяются на 1) симплексные ( передача информации возможна в одном направлении: радио, телевидение ); 2) полудуплексные ( передача информации возможна в двух направлениях, но одновременно только в одном направлении ); 3) дуплексные ( передача информации возможна одновременно в двух направлениях ).

2. Информация делится на программную и обрабатываемую. Вычисления в машине выполняются либо в двоичном коде, либо в двоично - десятичном коде (для каждого десятичного разряда выделяется двоичная тетрада: 10 = 00010000). Используется для вывода информации для печати, в некоторых сумматорах (в АЛУ). В ЭВМ ещё используется восьмеричная и шеснадцатиричная системы (для более компактной записи информации).

Для кодирования одного символа выделяется 1 байт. Используются коды IBM, кодировка ГОСТа (основная, модифицированная, альтернативная), КОИ-8 (8-разрядный код обмена информации).

В ЭВМ в целях экономии памяти информация может быть представлена в упакованном виде. Удаляются все разряды, которые не несут информацию.

ЭВМ накладывает ограничения на длину записи информации: количество символов определённой разрядной счётной машины (16 - разрядные, 32 - разрядные машины).

Информация в разрядной сетке может быть представлена с фиксированной запятой: для дробных (1); для целых (2).

Осуществляется норматизация числа. 3. Ячейка памяти - это элемент памяти ЭВМ, возможность доступа к которому реализуется заданием определённого значения её адреса.

Машинная команда - это предписание, определяющее единичный шаг работы исполнительного устройства вычислительной машины, а именно операторы и операнды, над которыми выполняется действие.

Информация может быть представлена в байтах или в машинных словах (фиксированной или нефиксированной переменной).

ЗУ состоит из ячеек памяти (1 машинное слово или его часть). Информация из ячеек памяти может считываться многократно, записывающаяся информация уничтожает предыдущую за исключением динамической памяти.

В ЭВМ 1-го и 2-го поколений машинные команды строились следующим образом:

КОП А1 А2 КОП А1 А2 А3 ______________ _______________________

| | | | | | | | | -------------- ----------------------

двухадресные машины Стрела (Минск) (А3 - адрес третьего операнда)

КОП А1 ___________

| | | Урал (все результаты сохраняются на ----------- сумматоре)

С третьего поколения стала использоваться переменная адресация.

Порядок следования команд может быть задан в явном (1) и неявном /естественном/ (2) виде:

1) помимо кодовой и адресной части имеется адрес следующей команды;

2) команды располагаются в оперативной памяти в порядке их исполнения.

Способы адресации: 1) относительная; 2) косвенная; 3) прямая; 4) стековая (для динамических систем).

В современных ЭВМ наиболее распространена относительная адресация в целях экономии памяти.

При косвенной адресации в адресной части команды указывается номер ячейки памяти, в которой хранится исполнительный адрес.

4. Принципиальная структура построения универсальных ЭВМ 1-го и 2-го поколений.