Центральное устройство.
Основной компонент ЭВМ включает центральный процессор и оперативную память. Процессор непосредственно реализует операции обработки информации и управления вычислительным процессом. Осуществляя выбор машинных команд и данных из оперативной памяти, запись в оперативную память, включение (отключение) внешних устройств.
Основные блоки процессора:
Устройства управления с интерфейсом процессора
Арифметико-логическое устройство
Кэш память
Основные характеристики центрального устройства:
Длина машинного слова (разрядность)
Система команд
Объём оперативной памяти
Быстродействие
Основные классические типы архитектур:
Звезда (1-2 поколение)
Иерархическая (3 поколение)
Магистральная (4 поколение)
Архитектура «звезда».
Центральное устройство непосредственно соединино с внешними устройствами и управляет их работой. Одно арифметико-логическое устройство, через которое проходит поток данных и одно устройство управления, через которое проходит поток комманд (однопроцессорный компьютер).
Архитектура «иерархическая».
Центральное устройство соединено с периферийными процессорами. Управляющими в свою очередь контроллерами, к которым подключены внешние устройства.
Архитектура «магистральная».
Процессоры и блоки памяти взаимодействуют между собой и с внешними устройствами (контроллерами внешних устройств) через внутренний канал, общий для всех устройств. Физически магистраль представляет собой много проводную линию с гнёздами для подключений электронных схем.
Шина делится на:
Шину адреса
Шину данных
Шину управления
Периферийные устройства соединяются через контроллеры. Контроллер – это устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая его от непосредственного управления функционированием данного оборудования.
Процессор.
Цикл процессора – это период времени, за который осуществляется выполнение команды, исходной программы в машинном виде, состоит из нескольких тактов.
Такт работы процессора – это промежуток времени между соседними импульсами генератора тактовых импульсов, частота которых есть тактовая частота процессора.
Выполнение каждой команды занимает 5 тактов:
Выборка команды
Расшифровка кода операции (декодирование)
Генерация адреса и выборка данных из памяти
Выполнение операции
Запись результата в память
Процедура, соответствующая такту, реализуется определённой логической схемой процессора (микропрограммой).
Классы команд.
Команды обработки данных: короткие операции (логические, арифметические) и длинные операции (с плавающей точкой)
Операции управления: условные и безусловные переходы
Операции обращения к внешним устройствам
Кроме того команды могут быть одно-, двух- и трёхадресными.
Классы процессоров. CISC.
CISC (Complex Instruction Set Computer – компьютер с полным набором команд).
Команды могут иметь различную длину, методы адресации и требуют сложных электронных цепей для декодирования и исполнения. В течение данного времени производители разрабатывают всё более сложные и полные системы команд, однако анализ работы процессоров показал, что в течение 80% времени выполняется только 20% набора команд.
Классы процессоров. RISC.
RISC (Restricted Instruction Set Computer – компьютер с сокращённым набором команд).
В CISC одна команда требовала до 10 тактов, а RISC выполняет практически по одной команде в такт. Из-за простоты процессоров они не патентуются, что способствовало их быстрой разработке и широкому производству. В сокращённый набор вошли наиболее часто используемые команды. Данный подход к архитектуре процессора сокращает площадь, требуемую для него на кристалле интегрированной схемы. Это позволило увеличить число регистров до 100, в результате процессор на 20-30% реже обращается к оперативной памяти. Упростилась топология процессора, сократились сроки разработки, снизилась цена. Начали внедрять с Pentium.