- •Введение
- •1. Цифровые устройства (иерархия)
- •1.1 Логические элементы
- •1.2. Интегральная микросхема
- •1.2.1 Степень интеграции
- •1.2.2.Типы логики
- •1.2.3. Управляющие автоматы на элементах с жесткой логикой
- •1.2.4 Достоинства и недостатки автоматов с жесткой логикой.
- •1.2.5. Технологический процесс
- •2.3. Серии микросхем
- •2. Плис
- •2.2 Основные современные типы плис
- •2.3 Некоторые производители плис
- •3. Микропроцессорные устройства
- •3.1. Компьютер
- •3.2. Микрокомпьютер
- •3.3. Проце́ссор
- •3.4.Типы процессоров
- •3.4.2 Микропроцессор
- •3.4.4 Ядро микропроцессора
- •3.5 Микроконтроллер (mcu)
- •Дополнительные устройства в расширенных вариантах микроконтроллера
- •3.6. Архитектура компьютера
- •3.6.1 Принципы фон Неймана
- •3.6.2 Гарвардская архитектура
- •3.6.3 Классическая гарвардская архитектура
- •3.6.4 Модифицированная гарвардская архитектура
- •3.7. Процессоры подразделяются …
- •3.7.1 Cisc
- •3.7.2 Misc
- •3.7.3 Risc
- •3.7.4 Архитектуры, обычно обсуждаемые в связи с risc
- •3.8. Архитектуры контроллеров
3.6.1 Принципы фон Неймана
Практически все универсальные ЭВМ отражают классическую неймановскую архитектуру, Эта схема во многом характерна как для микроЭВМ, так и для мини ЭВМ и ЭВМ общего назначения
В 1946 году группа учёных во главе с Джоном фон Нейманом (Герман Голдстайн, Артур Беркс) опубликовали статью «Предварительное рассмотрение логической конструкции Электронно-вычислительного устройства».
В статье обосновывалось использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций. До этого машины хранили данные в десятеричном виде), выдвигалась идея использования программами общей памяти.
Имя фон Неймана было достаточно широко известно в науке того времени, что отодвинуло на второй план его соавторов, и данные идеи получили название «Принципы фон Неймана».
-
Принцип использования двоичной системы счисления для представления данных и команд.
-
Принцип программного управления.
-
Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности.
Принцип однородности памяти.
-
Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Принцип адресуемости памяти.
-
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Принцип последовательного программного управления
-
Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.
Принцип условного перехода.
-
Сам принцип был сформулирован задолго до фон Неймана Адой Лавлейз и Чарльзом Бэббиджем, однако он добавлен в общую архитектуру.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фоннеймановских.
3.6.2 Гарвардская архитектура
— архитектура ЭВМ, отличительным признаком которой является раздельное хранение и обработка команд и данных. Архитектура была разработана Говардом Эйкеном в конце 1930-х годов в Гарвардском университете.
3.6.3 Классическая гарвардская архитектура
КГА. Типичные операции (сложение и умножение) требуют от любого вычислительного устройства нескольких действий: выборку двух операндов, выбор инструкции и её выполнение, и, наконец, сохранение результата.
Идея, реализованная Эйкеном, заключалась в физическом разделении линий передачи команд и данных. В первом компьютере Эйкена «Марк I» (1944г.) для хранения инструкций использовалась перфорированная лента, а для работы с данными — электромеханические регистры. Это позволяло одновременно пересылать и обрабатывать команды и данные, благодаря чему значительно повышалось общее быстродействие.
3.6.4 Модифицированная гарвардская архитектура
В КГА схема реализации доступа к памяти имеет недостаток — высокую стоимость. При разделении каналов передачи команд и данных на кристалле процессора последний должен иметь почти в два раза больше выводов (так как шины адреса и данных составляют основную часть выводов микропроцессора).
Способом решения этой проблемы стала идея использовать общую шину данных и шину адреса для всех внешних данных, а внутри процессора использовать шину данных, шину команд и две шины адреса. Такую концепцию стали называть модифицированной Гарвардской архитектурой.
Такой подход применяется в современных сигнальных процессорах.