МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (Технический университет) |
Архитектура ЭВМ |
Основные концепции и современные ВА |
|
Курс читает: Внуков Андрей Анатольевич |
Составители: студенты групп МС-41: Лысенко А.И., Вега Тихонов Г. и МС-42: Степанов Е.В. |
МОСКВА 2009 |
Содержание
Структура ЭВМ 7
Архитектура ЭВМ и языки программирования 7
Аппаратное и программное обеспечение для разработки системы контроля и управления объектами 8
Функциональная структура ЭВМ Фон-Неймана 9
Адресация 10
Каноническая структура ЭВМ Фон-Неймана 10
Процессор 10
Вычислитель 11
Спецпроцессор 11
Определение ЭВМ 12
Реализация моделей вычислителя 12
Понятие архитектуры ЭВМ 12
Определение и понятия архитектуры ЭВМ 12
Общее определение архитектуры средств обработки информации 13
Семейство ЭВМ 14
Архитектурное сходство и родство представителей семейства 15
Поколения ЭВМ 15
Первое поколение (1949-1951) 15
Второе поколение (1955-1966) 16
Третье поколение ЭВМ (1963 – 1965) 17
О новшествах в машинах 3-его поколения 17
Архитектура ЭВМ 19
Архитектурные принципы 19
Вычислительные архитектуры на СБИС 19
ВА Память 19
ВА Логика + память 20
Систолическая ВА 20
Мультимикропроцессорная ВА 21
Транспьютерные платы 21
Транспьютерный модуль (TРAM) 22
Последовательный байтовый протокол передачи данных 22
Параллельный байтовый протокол передачи данных 23
Универсальная ВА 23
Конвейер команд 24
Нейровычислительная ВА 24
Фон Неймановская ВА 26
Модифицированная фон Неймановская ВА 27
Гарвардская ВА (ГВА) 28
Классическая ГВА 28
Модифицированная ГВА (МГВА) 29
Вариант использования трех ОЗУ 30
Вариант использования двух ОЗУ 30
Структура внутренней и внешней памяти 30
Супер ГВА (СГВА) 32
Процессор ввода/вывода 33
Транспьютерная ВА (ТВА) 33
Поколения языков программирования 35
Первое поколение 35
Второе поколение 35
Третье поколение 36
Четвертое поколение. 36
Пятое поколение. 37
Классификация языков программирования 37
Парадигмы программирования. 37
Степень абстракции. 38
Схема выполнения в языках программирования. 39
Распространенные языки программирования 39
Важнейшие языки программирования 39
Почему не существует «идеальных» языков программирования 44
Причины распространения языка программирования 44
Причины нераспространения концепций 44
Ассемблер 47
Основные инструкции языка 47
Ссылки на матерьялы 49
Основные сокращения
ЭВМ – электронно-вычислительная машина
ПК – персональный компьютер
ВА – вычислительная архитектура
ВС – вычислительная система
ИС – интегральная схема
БИС – большая интегральная схема
СБИС – сверхбольшая интегральная схема
ПЛИС - программируемая логическая интегральная схема
МП – микропроцессор
ПЭ – процессорный элемент
ЦП – центральный процессор
ЦСП - цифровой сигнальный процессор
ТП ЦСП – транспьютероподобный цифровой сигнальный процессор
Т – транспьютер
Tr – корневой транспьютер (root)
ТРАМ – транспьютерный модуль
К – коммутатор
А – адаптер
АЛУ – арифметическо - логическое устройство.
ЗУ – запоминающее устройство
ОЗУ – оперативно запоминающее устройство
ПЗУ –постоянное запоминающее устройство
ППЗУ – программируемое постоянное запоминающее устройство
HDD – жесткий диск
ОС – операционная система
ПО – программное обеспечение
ОШ – общая шина
ША – шина адреса
ШД – шина данных
ШУ – шина управления
ШВВ – шина ввода/вывода
ГВА – гарвардская вычислительная архитектура
МГВА – модифицированная гарвардская вычислительная архитектура
СГВА – супер гарвардская вычислительная архитектура
ТВА – транспьютерная вычислительная архитектура
Структура ЭВМ
Архитектура ЭВМ и языки программирования
В понятие «архитектура ЭВМ» входят отдельные блоки и устройства, находящиеся в составе аппаратного обеспечения конкретной ВС. Блоки и устройства могут находиться на одном кристалле МП, или на нескольких отдельных кристаллах, которые находятся в материнской плате и на тех платах, которые в нее вставлены.
Языки разделены на высокий и низкий уровни. Каждая конструкция языка высокого уровня состоит из большого количества команд, входящих в систему команд данного МП, и на таком языке удобно писать программы.
Языки низкого уровня – различные assembler’ы: обычные ассемблеры и макроассемблер. Макросы заранее определены и входят в состав языка макроассемблер. Язык ассемблер макросов не содержит и является составной частью макроассемблера.
Программирование осуществляется использованием команд из системы команд МП. Эффективность ПО (программного обеспечения) на языке высокого уровня как правило ниже, чем на ассемблере. В качестве критерия эффективности используется абсолютное время выполнения программ, ускорение выполнения (в кол-во раз), эффективность программного кода по требуемому объему памяти. По загруженности отдельных устройств вычислительной работой в процентах.
ПО может быть написано:
Целиком на языке высокого уровня
Целиком на языке низкого уровня
Комбинированно
Для реализации ПО систем реального времени для управления объектами, УУС могут быть использованы перечисленные методы написания ПО.
При разработке ПО таких систем могут быть предусмотрены несколько этапов:
Разработка на языке высокого уровня с целью отладки правильности работы ПО, тестирование на разных данных, подборка данных. Происходит обработка ситуаций и назначается выход из нее (выдача сообщения, передача управления ОС (операционной системе) или в главный модуль).
Для реализации режима реального времени и повышения эффективности ПО, написанного на языке высокого уровня определяются программные модули, которые должны быть реализованы на языке низкого уровня. Среди них могут быть драйверы устройств, которые не являются стандартными для данной ОС.
Проводится комплексная отладка с использованием ПО, написанного на языках высокого и низкого уровня. Для тестирования используются различные тестовые наборы данных, созданных на первом этапе.
Низкий уровень: Ассемблер, макроассемблер. Языки конкуренты – Оссат, Оссат-2.
Высокий уровень: С, Fortran, Pascal, Java, PHP.
