Архитектура эвм.

Архитектурой ЭВМ называется ее логическая организация, структура и ресурсы, которые может использовать программист. Описание ЭВМ в виде логических (а не физических) элементов и их взаимодействия друг с другом освобождает пользователя от необходимости знания физической организации элементов ЭВМ.

Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов ЭВМ: центрального процессора, ОЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств.

Наиболее распространены компьютеры с классической архитектурой (архитектура фон Неймана) – одно арифметико – логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд. Это однопроцессорная ЭВМ. .   К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.

Рис. 2 Общая структура персонального компьютера с подсоединенными периферийными устройствами

Для работы компьютера, необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программы и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера – клавиатура, диски и т.д., обычно эти устройства называют внешними (периферийными). Результаты работы программы также выводятся на внешние устройства – монитор, диски, принтер и т.д.

Таким образом для работы компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Но этот обмен не происходит непосредственно между любым внешним устройством и оперативной памятью, в компьютере имеются целых два промежуточных звена:

1. Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

2. Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с процессором через системную магистраль передачи данных.

Контроллер (адаптер) – устройство, обеспечивающее сопряжение периферийных устройств с центральным процессором через системную магистраль, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Конструктивно контроллеры представляют собой печатные платы, которые имеют стандартный разъем для сопряжения с системной шиной с одной стороны, а с другой стороны – специфический разъем для связи с соответствующим устройством.

Видеоадаптер (адаптер монитора) - устройство, предназначенное для преобразования данных компьютера, подлежащих отображению на экране в видеосигнал, посылаемый монитору по кабелю. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видео­картой. Видеоадаптер взял на себя функции видеопроцессора и видеопамяти. Видеопамять – служит для хранения видеоинформации – двоичного кода изображения, выводимого на экран дисплея (информации о состоянии каждого пикселя графической сетки экрана). Видеопроцессор (дисплейный процессор) читает содержимое видеопамяти и в соответствии с ним управляет видеомонитором (выводит информацию на экран дисплея)

За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров:

CRT-мониторы (электронно– лучевая трубка).

• MDA(монохромный);

• CGA (4 цвета);

• EGA (16 цветов);

• VGA (256 цветов).

LCD мониторы (жидкокристаллические)

Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рисунке.

 

Архитектура многопроцессорного компьютера

Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.

Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных. Структура таких компьютеров представлена на рисунке.

Архитектура с параллельным процессором