Уровни детализации структуры вычислительной машины

Вычислительная машина как законченный объект представляет собой результат условий специалистов в определённой области знаний. Каждый специалист рассматривает машину с позиции стоящих задач. В соответствии с этим уровни детализации структуры может быть достаточно много. Однако сложившаяся практика ограничивает их четырьмя:

1. Вход -> [Выч. машина] -> Выход

2. Общей архитектуры:

Память <- [ЦП] -> Ввод/Вывод Система шин

3)

	УУ
АЛУ	Система шин	Регистр
	БПТ

4)

	ЛПП
Регистры	Система шин	Память
	ЛФУ

Этапы развития и поколения вычислительных машин

2-е поколение – Транзисторы.

3-е поколение – Компьютерные интегральные системы.

4-е поколение – Большие и сверхбольшие интегральные схемы

Фундаментальные принципы построения эвм

1. Использование двоичной системы счисления

2. Программное управление и хранимой в памяти программы. Программа должна размещаться в одном из блоков компьютера, а именно в запоминающем устройстве.

а) Промежуточные результаты исчисления, константы и другие числа, с которыми оперирует компьютер, может размещаться в том же запоминающем устройстве, что и программа

б) Числовая форма записи программы позволяет машине производить операции над величинами, которыми закодированы команды программ

3. Программа, так же как и данные, записывается в двоичном коде, т.е по форме представления команды и данные однотипны и могут храниться в одной и той же области памяти.

4. Трудности физической реализации запоминающего устройства, большого быстродействия и объема памяти, требуют иерархичесой организации памяти. Доступ к командам и данным осуществляется по адресу

5. Арифметическое устройство компьютера конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения.

6. В компьютере используется параллельный способ организации вычислительного процесса. Т.е операции над двоичными кодами осуществляются одновременно над всеми разрядами.

7. Принцип единой линейной памяти

Интерфейс:

	ЦПУ
	Устройство управления
	АЛУ
	КЭШ
	РОН

УУ отвечает за вызов команд памяти, определения типа команды и организацию микропрограммного управления.

АЛУ выполняет все операции по обработке всех видов данных в том числе арифметические и логические операции.

Внутримашинный интерфейс осуществляет связь и регулирует потоки данных внутри процессора.

Блок регистров реализует сверхбыстродействующую память.

Память хранит информацию, передаваемую из других устройств в том числе, поступающую извне через устройство ввода. Память обычно состоит из двух частей:

а) быстродействующей основной или оперативной памяти

б) сравнительно медленной, но способной хранить большой объем информации конечной памяти(внешней памяти).

Непосредственно в вычислительном процессе участвует только основная память. Обладает сложной иерархической структурой. В ней можно выделить несколько уровней кэш памяти, которая является более быстродействующей, но меньшей по объему(ОП и интерфейсы памяти).

ЦП взаимрлействует с основным запоминающим устройством посредством трех шин:

1. шины адреса, по которой передеается адрес ячейки

2. шина данных

3. шина управления

Устройства ввода обеспечивают считывание информации.

Устройства вывода представляют результаты обработки информации в форме, удобной для восприятия.

Особенности:

1. Индексные регистры – позволяют формировать адрес памяти, добавление содержимого указанного регистра к содержимому поля команды.

2. Регистры общего назначения – благодаря им устраняется различие между индексными регистрами и аккумулятора. Каждый регистры может быть использован как аккумулятор.

3. Представления данных комплекс плавающей точки. IBM-704.

4. Косвенная адресация – это средство, позволяющее использовать команды, указывающие адреса по которым находится информации о месте положения оператора команды.

5. Программные прерывания. При возникновении некоторого внешнего события состояние вычислительной системы связывается с выполнением некоторой команды выделяется соответствующее область памяти. Восстанавливается при возобновлении работы команды.

6. Асинхронный ввод-вывод. Параллельно обычному выполнению команд независимые процессоры управляют операциями ввода-вывода.

7. Виртуальная память. Определение адресного пространства программы осуществляется без привязки к физическим областям памяти с целью использования большего объема основной памяти, чем то, которым система фактически располагает.

8. Мультипроцессорная обработка. Это когда два или более независимых процессора(процессорных элемента) обрабатывают потоки программы общей памяти.

Замечания:

Существенные противоречия между высокой скорости обработки данных и низкой скорости работ устройств ввода-вывода потребовало освобождение центрального процессорного устройства от функций передачи информации и предоставление этой функции специальным устройствам. Контролерам и интерфейсам.