1.2. Класифікація комп’ютерів

Комп'ютерний світ в теперішньому вигляді представлений у вигляді піраміди (рис. 1.1).

Рис. 1.1.

Де:

I - Супер комп’ютери (швидкодія: 1-10 млрд. операцій / сек з числами з плаваючою комою);

II – Мейнфрейми (МФ) (діляться на 3 категорії машин: великого, середнього і малого ряду);

III - Мікропроцесорні системи (мікро комп’ютери), діляться на сервери, робочі станції і ПК.

Узагальнена структурна схема комп’ютера класичної (фон-неймановской) архітектури.

  Схема комп'ютера класичної архітектури приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2.

Ядро комп’ютера: центральний процесор (ЦП) і оперативна пам'ять (ОП).

Склад ЦП: швидкодіюча регістрова пам'ять (РП), пристрій управління (ПУ), арифметико-логічний пристрій (АЛП).

Периферійні пристрої: пристрій введення інформації (ПВ), пристрій виведення інформації (ПВВ), пристрій оперативної взаємодії (ПОВ), або оборотні пристрої введення / виведення.

Селекторні канали (СК) обслуговують пристрої зовнішньої пам'яті через спеціальний контролер (КВП); обслуговування виконується в монопольному режимі. Мультиплексорний канал (МК) обслуговує одночасно кілька зовнішніх пристроїв, причому під одночасним обслуговуванням мається на увазі виділення для кожного з цих пристроїв, що входять до групи, короткочасних циклічно повторюваних сеансів зв'язку. Периферійні пристрої підключаються до ОП тільки через канали. Це необхідно, тому що: пристроїв багато; вони вимагають обслуговування в різні моменти часу; формати даних ядра і периферії не збігаються (в ядрі - це машинне слово, а в периферійному пристрої - байт).

АЛП. Використовується для виконання певного набору операцій в процесорі. Складається з ряду вхідних регістрів, регістра результату (який називається акумулятором) і комбінаційного суматора. У вхідних регістрах зберігаються числа - операнди, що приймають участь в поточній операції.

ПУ. Призначено для вироблення сукупності керуючих сигналів, які визначаються виконуваною операцією. Ці сигнали передаються в усі інші пристрої комп'ютера, забезпечуючи їх узгоджену синхронну роботу. До складу пристрою управління включаються: регістр команд, який зберігає код поточної команди або інструкцію протягом усього часу її реалізації; лічильник команд (програмний лічильник), який зберігає номер поточної команди (адресу команди). Команди, як і операнди, зберігаються в пам'яті.

Існує два типи комп’ютерів:

1) з примусовим порядком виконання команд, коли в тілі команди є спеціальне поле адреси наступної команди;

2) з природним порядком проходження команд, коли адреса мається на увазі. Як правило, адреса наступної команди на 1 більше адреси попередньої команди (тобто міститься в сусідній комірці пам'яті). В будь-якій команді є поле коду операції і кілька адресних полів (рис. 1.3).

Рис. 1.3.

А1 - 1 ^й операнд, А2 - 2 ^й операнд, А3 - результат.

Існує 2 принципи управління в комп’ютері:

1) принцип жорсткої логіки,

2) принцип гнучкої логіки.

У 1-му випадку сигнали зчитуються зі спеціальних схем. У 2-му випадку прочитуються зі спеціального пристрою, що запам'ятовує. Кожен такий керуючий сигнал виконує якусь елементарну дію, тому такий керуючий сигнал і був названий мікрооперацією (МО). Час реалізації команди в ЕОМ розбивається на ряд машинних тактів і циклів. В 1-му такті з оперативної пам'яті за адресою команди знаходиться сама команда і передається в регістр команд ПУ. У другому такті знаходиться адреса 1-го операнда і відправляється в один з регістрів. У 3-му такті знаходиться 2-й операнд. В 4-му такті за допомогою дешифратора коду операцій ПУ ми визначаємо, яку потрібно команду виконати, і в АЛП виконуємо цю команду. У 5-му такті ми результат передаємо на запам'ятовування. Протягом одного машинного такту може виконуватися одна або кілька мікрооперацій. Сукупність мікроперацій(МО), які виконуються протягом цього тимчасового інтервалу, називаються мікрокомандами (МК). А сукупність мікрокоманд, які виконуються протягом усього часу реалізації команди, називаються мікропрограмами (МП) (рис. 1.4.).

Рис. 1.4.

У ПУ з жорсткою логікою мікропрограми реалізують спеціальні мікропрограмні автомати управління.

У ПУ з гнучкою логікою коди мікрокоманд зчитують зі спеціальної пам'яті.

Регістрова пам'ять, як правило, називається регістрами загального призначення процесора.

Класична, або фон-нейманівська, структура має такі особливості:

• Наявність єдиної операційної пам’яті;

• Використання централізованого послідовного управління;

• Використання лінійної адреси фіксованої довжини;

• Наявність єдиної магістралі обміну між ОП і ЦП, за якою в процесор надходять як команди, так і дані. Це є недоліком, який істотно знижує продуктивність.

У деяких ЕОМ замість фон-нейманівської архітектури використовується Гарвардська архітектура, яка передбачає наявність 2-х незалежних магістралей обміну, за однією з яких передаються команди, за іншою - дані. В цій архітектурі частіше всього застосовуеться окрема пам'ять данних та пам’ять команд та наявність 2-х незалежних магістралей обміну.