Раздел 3. Технические средства информационных технологий

Лекция 11. Функциональная и структурная организация

компьютера

1. Связь между функциональной и структурной организацией

ЭВМ.

2. Структура персонального компьютера.

Литература: 1. Вычислительные машины, системы и сети: Учебник /

А.П.Пятибратов, С.Н.Беляев, Г.М.Козырева и др.; Под

ред. проф. А.П.Пятибратова. – М.: Финансы и статистика,

1991.

2. Могилев А.В. и др. Информатика: Учеб. пособие для

студ. пед. вузов / А.В.Могилев, Н.И.Пак, Е.К.Хеннер;

Под ред. Е.К.Хеннера. – 2-е изд., стер. – М.: Изд. центр

«Академия», 2001.

1 Связь между функциональной и структурной

организацией ЭВМ

Существуют два взгляда на построение и функционирование ЭВМ. Первый — взгляд пользователя, не интересующегося техни­ческой реализацией ЭВМ и озабоченного только получением не­которого набора функций и услуг, обеспечивающих эффективное решение его задач; второй — разработчика ЭВМ, усилия которого направлены на рациональную техническую реализацию необходи­мых пользователю функций. С учетом этого обстоятельства и вво­дятся понятия функциональной и структурной организации ЭВМ.

Действительно, с точки зрения пользователя решение любой задачи на ЭВМ требует поэтапного выполнения некоторой последо­вательности действий: кодирования, программиро­вания, ввода, обработки, документирования. На каждом из этих этапов учет запросов пользователя может потребовать расширения реализуемых ЭВМ функций и услуг. В частности, можно допол­нительно предусмотреть:

на этапе кодирования данных — использование восьми-, шестнадца-теричной систем счисления, реализацию расширенного набора таб­лиц для кодирования текстовых сообщений (ASCII, UNICODE), представление чисел с повышенной (двойной) точностью;

на этапе программирования — включение нескольких алгорит­мических языков высокого уровня (а в дальнейшем — речевого ввода), средств быстрого программирования стандартных расче­тов (т. е. наличия пакетов прикладных программ); оптимизацию системы команд (по груп­пам, количеству, типам) для задач заданного класса и даже ис­пользование определенных способов адресации данных с целью достижения более высокого быстродействия;

при вводе — удобный визуальный контроль процедуры, возмож­ность оперативной коррекции ошибок (программные средства ре­дактирования) и ввода заранее заготовленных данных с различных твердых носителей (магнит­ные ленты (МЛ), диски (МД));

на этапе обработки — управление ходом решения задачи с пуль­та оператора (программные средства прерывания);

на этапе документирования — применение определенных типов носителей для фиксации результатов расчета и др.

Эти и подобные вопросы решаются при проектировании ЭВМ и входят в понятие функциональной организации ЭВМ. В резуль­тате создается абстрактная модель ЭВМ, описывающая функцио­нальные возможности машины и предоставляемые ею услуги.

Функциональная организация ЭВМ в значительной степени опре­деляется предъявляемыми к ней требованиями, уровнем подготов­ки потенциальных пользователей, типом решаемых ими задач, по­требностями в развитии ЭВМ (по емкости ЗУ, разрядности, со­ставу УВВ и др.).

Предусматриваемые абстрактной моделью функции ЭВМ ре­ализуются на основе реальных, физических средств (устройств, блоков, узлов, элементов) в рамках определенной структуры.

В общем случае под структурной организацией ЭВМ понимается не­которая физический модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия основных функциональных частей ма­шины (без излишних деталей их технической реализации).

По степени детальности различают структурные схемы, состав­ленные на уровне устройств, блоков, узлов и элементов.

Блок — функциональный компонент ЭВМ, состоящий из эле­ментов и узлов и выполняющий операции над машинными словами или управляющий такими операциями (сумматор, блок регистров). Устройство — наиболее крупная функциональная часть ЭВМ, со­стоящая из элементов, узлов и блоков и выполняющая глобальные операции над кодированными данными (запоминание, обработку, преобразование).

Блоки и устройства часто изготавливаются в виде самостоятель­ных конструктивов — модулей.

Ввиду большой сложности современных средств ВТ принято представлять их структуру иерархически без жесткой фиксации понятий «элемент» и «система». На самом высоком уровне иерар­хии (системном) ЭВМ может быть «элементом» некоторой «систе­мы» (локальной или глобальной сети, вычислительного комплекса и т. п.). На более низком уровне — ЭВМ сама становится «системой», «элементами» структуры которой являются составляющие ее уст­ройства: процессор, память, УВВ и т. д. Любой элемент характе­ризуется при этом своей функцией и структурой.

Конкретная техническая реализация каждого элемента (прин­ципиальная схема, технология изготовления) зависит от техниче­ских характеристик разрабатываемой ЭВМ, распределения функ­ций между узлами и блоками, между аппаратными и программны­ми средствами ЭВМ.

Функциональная организация ЭВМ играет ведущую роль и в значительной степени определяет структурную организацию ма­шины, хотя и не дает жестких ограничений на конечную техниче­скую реализацию структурных элементов. Вместе с тем функции и структура любого элемента находятся в диалектической взаи­мосвязи, взаимозависимости. С одной стороны, функциональным назначением устройства (блока, узла) ЭВМ определяется необхо­димый состав материальных объектов (реальных аппаратных и программных средств) и характер связей между ними. С другой стороны, одна и та же функция может быть реализована на со­вершенно разных технических средствах, а изменение состава или связей между элементами, изменение пропорций между аппарат­ными и программными средствами может сохранить неизменной функцию системы, сообщив ей новые свойства. Важнейшими факторами, определяющими функциональную и структурную организацию ЭВМ, являются выбор системы, форма­тов команд и способов адресации.

Основными функциональными характеристиками современных ЭВМ являются:

• производительность, быстродействие, тактовая частота;

• разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса;

• типы системного и локальных интерфейсов;

• емкость оперативной памяти;

• тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках;

• емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера);

• наличие, виды и емкость кэш-памяти;

• тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера;

• наличие и тип принтера;

• наличие и тип накопителя на CD-ROM;

• наличие и тип модема;

• наличие и виды мультимедийных аудио-видео средств;

• имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы;

• аппаратная и программная совместимость с другими типами компьютеров;

• возможность работы в вычислительной сети;

• возможность работы в многозадачном режиме;

• надежность;

• стоимость.