Лекция №6 (1-ый семестр) Архитектура аппаратных и программных средств персональных компьютеров

Архитектура ЭВМ по Фон-Нейману, аппаратные и программные средства, оценка производительности компьютерной системы, классификация ЭВМ. Микропроцессоры и микроЭВМ. Сбор, обработка данных, управление объектом, передача данных на основе использования микроЭВМ.

Архитектура эвм

Архитектура- это принципы построения функциональных узлов ЭВМ и организация информационных и управляющих связей между ними и внешними устройствами ввода – вывода.

Уточнение: речь идет об архитектуре всего компьютера – desktopа (рабочей станции), ноутбука, нетбука и т.п. Эта архитектура практически устоявшаяся вещь. Не путать с архитектурой процессора ЭВМ. Это будет рассматриваться в специальной дисциплине.

Архитектура ЭВМ определяет:

Структура памяти ЭВМ

Способы доступа к памяти и внешним устройствам

Возможность изменения конфигурации компьютера

Система команд

Форматы данных

Организация интерфейса

Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил Джон фон Нейман. В 1946 году он вместе со своими коллегами опубликовал статью «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства», в которой убедительно обосновывается использование двоичной системы счисления для представления чисел в ЭВМ (до этого машины хранили данные в десятичном виде) и излагаются следующие принципы:

1. Принцип программного управления. Согласно этому принципу программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Команды выполняют действия над регистрами, ячейками памяти (изменяют их содержимое).

Для понятия этого принципа надо знать следующие определения.

Регистр – выполняет функцию хранения операнда или команды в процессоре (при выключении питания содержимое регистра не сохраняется).

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – память с байтовой структурой адресации (при выключении питания содержимое памяти не сохраняется).

Счетчик команд – регистр устройства управления (УУ), содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды. По этому адресу из оперативной памяти извлекается очередная команда для исполнения её процессором.

Этот регистр последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. Так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым осуществляется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если после выполнения очередной команды нужно перейти не к следующей, то используются команды условного или безусловного переходов. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти (принцип хранимой команды). Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатом вычислений.

3. Принцип адресности. Оперативная память состоит из пронумерованных ячеек (байт); процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Это позволяет обращаться к произвольной ячейке (адресу) без просмотра предыдущих ячеек.

Архитектуру компьютеров, построенных на этих принципах, относят к архитектуре фон-Неймана. На сегодняшний день это подавляющее большинство компьютеров, в том числе и IBM PС – совместимые. Но есть и компьютерные системы с иной архитектурой – например системы для параллельных вычислений.