Лекция 6 Архитектура эвм

Архитектура ЭВМ – логическая организация ЭВМ, состав и назначение ее функциональных средств, принципы кодирования и все остальное, что однозначно определяет процесс обработки информации на данной ЭВМ.

За исключением нейронных сетей, все остальные современные компьютеры имеют архитектуру фон Неймана.

Принципы архитектуры компьютера.

1. Вся информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы информации, называемые словами.

2. Разнотипные слова информации размещаются в одной и той же памяти и различаются по способу использования, но не по способу кодирования.

3. Слова информации размещаются в ячейках памяти машины и идентифицируются номерами ячеек, называемыми адресами слов.

4. Алгоритм решения любой задачи представляется в виде последовательности слов, называемых командами, которые определяют наименование операции и слова информации, участвующие в операции.

5.Алгоритм, представленный в виде последовательности машинных команд, называется программой.

6.Выполнение операций обработки информации, однозначно предписанных алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой.

7.Программа во время выполнения хранится в памяти компьютера.

Схема ЭВМ фон Неймана.

1. Процессор – программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации, управление им и координацию работы всех устройств компьютеров

2. Оперативная память (оперативное запоминающее устройство,RAM (Random Access Memory). Массив ячеек, способных хранить информацию. Ячейка- блок памяти для хранения одного слова информации. Ячейка состоит из элементов памяти, хранящий 1 бит информации (0 или 1). Ячейки пронумерованы. Номер ячейки называется ее адресом. Оперативная память хранит два вида информации: программу в кодах машины, реализующую алгоритм обработки данных и сами данные, предназначенные для обработки. Оперативная память энергозависимая. При отключении питания компьютера все, записанное в оперативной памяти, исчезает.

3. Для сохранения данных после отключения компьютера предназначены устройства внешней (долговременной) памяти (перфокарты, перфоленты, магнитные ленты, магнитные барабаны, магнитные, оптические, магнитооптические диски, флеш-память). Хотя каждое устройство внешней памяти имеет ограниченный объем, в сумме внешняя память позволяет хранить неограниченные объемы информации.

4.Устройства ввода информации предназначены для считывания информации с определенных устройств и носителей информации и перевода этой информации в цифровую форму.

5. Устройство вывода представляют результаты обработки информации в форме, удобной для визуального восприятия, либо записывают результаты во внешнюю память, либо передают обработанную информацию другому устройству.

Устройство процессора

Процессор состоит из

1. арифметико-логического устройства (АЛУ), предназначенного для выполнения всех арифметических и логических операций над цифровой, символьной, графической и звуковой информацией.

2. устройства управления (УУ), формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени сигналы управления, определенные выполняемой операцией и результатами предыдущих операций, формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ.

3. Для кратковременного хранения информации, используемой в операциях процессора, в процессоре есть ПП – процессорная память, состоящая из специальных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр состоит из элементов памяти, каждый из которых может находится в двух устойчивых состояниях: включено(1) и выключено (0). Регистр характеризуется количеством битов, которые могут в нем хранится.

4. Для ускорения доступа к данным, хранящимся в оперативной памяти, в процессоре имеется сверхоперативная память – быстрая память, тоже состоящая из регистров (КЭШ-I). Контроллер кэша анализирует программу, и в кэш заранее подкачиваются данные из оперативной памяти, предположительно понадобящиеся в последующих вычислениях. Статистика ошибок кэша: 1 раз из 10 обращений данные в кэше отсутствуют, и приходится обращаться к оперативной памяти.

5. Для вычислений с дробными числами (числами с плавающей запятой) процессор содержит математический сопроцессор.

6. Для синхронизации отдельных операций процессора существует генератор тактовой частоты.

7. Интерфейсная система – реализует связь с другими устройствами ПК, внутренний интерфейс ЦП, схемы управления портами ввода-вывода и системной шины.