Архитектура эвм

Несмотря на большое разнообразие в настоящее время ЭВМ, в основу их построения и работы заложены общие фундаментальные принципы, которые были впервые сформулированы выдающимся американским математиком Джоном фон Нейманом.

Принципы:

1. Принцип общего устройства эвм

Для того, чтобы быть универсальным и эффективным средством для обработки информации, любая ЭВМ должна состоять из следующих основных устройств:

• АЛУ (арифметико-логическое устройство), предназначенное для выполнения арифметических и логических операций

• УУ (устройство управления), которое организует процесс автоматического выполнения программ

• ОП (оперативная (основная) память), предназначенная для хранения программ и данных

• УВВ (устройства ввода-вывода информации)

Такая организация называется архитектура Джона фон Неймана, она является ядром при построении всех современных компьютеров.

или

2. Принцип произвольного доступа к памяти

Память ЭВМ должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в которых может храниться информация любого рода, закодированная в двоичном коде. Доступ к ней осуществляется по номеру ячейки (адресу).

Любому устройству ЭВМ в любой произвольный момент времени доступна любая ячейка основной памяти, причем время доступа (чтения/записи) одинаково для всех ячеек.

3. Принцип хранимой программы

Поскольку каждая команда кодируется в двоичном коде в виде последовательности нулей и единиц, она может быть помещена в память, как и любые другие данные. Таким образом, сама программа (набор команд) хранится в памяти вместе с обрабатываемыми данными.

4. Принцип программного управления

Устройство управления исполняет последовательность команд, находящуюся в памяти машины, автоматически, без участия человека.

Команды программы должны исполняться последовательно одна за другой. В современных компьютерах этот принцип чаще всего нарушается: чаще всего исполняется не одна команда, а несколько одновременно. Такая последовательность выполнения команд называется «конвейерная» обработка.

Процессор

В современных ПК УУ и АЛУ обычно объединены в один блок, который называется процессор. Кроме того, в этот блок входят тактовый генератор, сопроцессор , кэш и некоторые другие устройства.

УУ позволяет управлять всем ходом вычислительного и логического процееса в ПК.

Функции УУ заключаются в том, чтобы прчитать очередную команду, распознать ее и далее подключить необходимые электронные цепи для ее выполнения.

В АЛУ производится обработка данных, которые представлены в двоичном коде. АЛУ умеет выполнять только определенный набор простейших операций:

• Арифметические операции (только сложение, а операции вычитания, умножения и деления выполняются как совокупность операций сложения);

• Логические операции (сравнение, проверка условий);

• Операции пересылки (из одной области памяти в другую).

Ритм всем операциям в процессоре задает специальный встроенный кварцевый генератор импульсов, посылающий один импульс (такт) через равные интервалы времени. Время между импульсами составляет доли секунды, поэтому тактовая частота измеряется в мегагерцах (Мгц) ил гигагерцах (Ггц).

Математический сопроцессор позволеят значительно ускорить работу компьютера с числами с плавающей точкой (запятой). Этот сопроцессор позволяет ускорить процесс обработки информации в 4-20 раз. Это заметно при работе с большим объемом чисел или при обработке компьютерной графики, а при работе с текстом сопроцессор не используется.

Первые сопроыессоры изготавливались в виде отдельной микросхемы и устанавливались отдельно.

Современный процессор имеет такое высокое быстродействие, что информация из оперативной памяти не успевает своевременно доходить до него и процессор простаивает. Чтобы этого не происходило, в процессор встраивается специальная микросхема кэш-памяти. Это относительно небольшая по объему (128 Кбт – 2 Мбт и более), но «сверхоперативная» память, в которой хранятся часто используемые участки оперативной памяьт (например, результаты промежуточных вычислений).

С технической точки зрения процессор представляет собой специальную микросхему, выполненную по технологии СБИС (сверхбольшие интегральные схемы).

Интегра́льная( angl. Integrated circuit, IC, microcircuit, microchip, silicon chip, or chip), (микро)схе́ма , чип, микрочи́п (англ.

chip — щепка, обломок, фишка) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещённая в неразборный корпус. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) — ИС, заключённую в корпус.

В зависимости от степени интеграции интегральный схему подразделяют на:

• Малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле.

• Средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле.

• Большая интегральная схема (БИС) — до 10000 элементов в кристалле.

• Сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — до 1 миллиона элементов в кристалле.

• Ультрабольшая интегральная схема (УБИС) — до 1 миллиарда элементов в кристалле.

• Гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 миллиарда элементов в кристалле.

6