Структура и архитектура эвм
1) Понятие о структуре и архитектуре
2) Основные характеристики эвм
(1) Любую систему принято представлять ее моделью. В ЭВМ чаще всего в качестве модели применяют структурную схему.
Структура ЭВМ отображает основные функциональные блоки и связи между ними, а также связи между вспомогательными блоками. Например, типовая структура вычислителя представлена в виде:
Структурная модель вычислителя определяется наличием основных функциональных блоков и основных связей.
Как правило цени синхронизации и управления на структурных схемах отсутствуют либо не конкретизированы. Структурная схема дает представление о составе вычислителя, но временные диаграммы и условия функционирования не определены. В основе структурного построения модульный принцип. Каждый модуль отображается прямоугольником с соответствующими связями.
Структурная схема считается обязательным документом при пояснении состава изделия, но не дает полных сведений о взаимодействии блоков между собой и непосредственной работы самих блоков. Это касается вопросов адресации, распределения адресного пространства, реализации системы прерываний, приоритетов и начальных загрузчиков. Поэтому ввели для более полного описания функционирования системы термин – архитектура. В технической документации нет такого понятия, поэтому он характерен для описания основных принципов работы вычислителя и охватывает как саму структуру так и характеристики памяти, способы и видя предоставления информации, условия функционирования и т.д.
Первоначально термин архитектура применялся для формального описания вычислителя. Частные случаи и конкретные структуры были описаны, но для обобщенной структуры реализации не нашли. После чего его стали использовать для расширения при описании функционирования самого вычислителя.
(2) На протяжении своего развития вычислители претерпели большие изменения как в своем аппаратном составе так и по своим основным характеристикам. Но номенклатура таких характеристик осталась примерно постоянной. Причем эти характеристики нельзя распределить по приоритетам, все они важны и каждая говорит о тех или иных параметрах устройства. Наиболее важными считаются следующие:
Быстродействие – измеряется в единицах времени. Показывает интервал времени в течении которого выполняется одна короткая операция. Например, пересылка между регистрами, или сложение регистров.
Быстродействие определяется элементной базой и частотой тактового генератора. Как правило, это время берется несколько большим, чем задержка срабатывания операций в АЛУ процессора.
На эту характеристику не оказывает влияние ни адресация ни способы записи информации в память.
Производительность – характеризует число, количество операций выполняемых системой за единицу времени. Это число будет зависеть от характера выполняемых команд. Короткие команды дадут большие значения, длинные наоборот. Поэтому для более объективного решения производительность оценивают на наборах команд (смесей). Часто используют смеси Гибсона. Два вычислителя по скорости можно сравнивать на производительность лишь на одной смеси.
Разрядность представления данных. Принято считать данные в байтах 1,2,4,8. Полная разрядность данных в вычислителях называется словом. Аппаратная часть (АЛУ) выполняет операцию над полным словом одновременно, но алгоритмы вычислителей позволяют получать результаты над словами двойной и т.д. длины. Плата за это – пропорциональное увеличение времени. Основным считают разрядность слова. Произвольный специализированный вычислитель может иметь разрядность отличную от стандартных – например 26 разрядов.
Адресная составляющая (разрядность адресуемой памяти). Разрядность адреса число адресных разрядов, показывающих максимальный объем памяти, к которой возможно адресоваться напрямую. При этом время доступа минимально. В микроконтроллерах это 16 разрядов (64К), в малых вычислителях 20 разрядов (1Мб), 24,32 разряда. Объем памяти вычислителя в общем случае не ограничен сверху. Разделяют лишь ОЗУ – непосредственный доступ, и ВЗУ – данные, из которой считываются последовательно.
Система команд. Сегодня преобладающими являются две системы 1) DEC – ориентация на промышленное оборудование, оборудование управления. 2) IBM. Специализированные вычислители могут иметь свою систему команд, более удобную для частных применений.