3.7Архитектура и устройство базовой эвм.

Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратно- программных средств из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ. Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники.

Базовая ЭВМ - это простая гипотетическая машина, обладающая типичными чертами многих конкретных ЭВМ. Знание принципов построения и функционирова-ния этой ЭВМ будет хорошей базой для освоения ЭВМ любых типов и моделей. Ес-тественно, что начинать изучение ЭВМ лучше всего с простых моделей, которые и были выбраны за прототип базовой ЭВМ.

Обобщенная структура ЭВМ приведена на рисунке 1.4.1. В состав ЭВМ входят: запоминающие устройства (ЗУ), процессор, устройства ввода и вывода (УВВ).

Процессор предназначен для обработки информации и управления ЭВМ в целом. Он состоит из 2-х частей: УУ - устройство управления (управляющий автомат), и АЛУ - арифметико-логическое устройство (операционный автомат). Обработку информации процессор осуществляет под управлением программы, хранящейся в запоминающем устройстве (ЗУ), которое является памятью ЭВМ.

Рисунок 1.4.1- Обобщенная структура ЭВМ

Память вычислительной машины является многоуровневой и состоит из оперативной памяти (ОП) и внешней памяти (ВП). Оперативная память является основной памятью машины. При выключенном питании информация в ОП не сохраняется, поэтому для выполнения программы ее копия и необходимых для нее данных загружаются перед началом работы из внешней памяти. Внешняя память хранит программы и данные все время их существования, т.е. до момента их удаления пользователем с внешней памяти.

Устройства ввода предназначены для ввода программ и данных в ЭВМ, а также для осуществления запуска программ на обработку пользователем. Устройства вывода используются для выдачи результатов выполнения программ пользователю в виде текстовых, графических документов или в ином виде.

Все устройства ЭВМ соединены с процессором с помощью шин, показанных на рисунке линиями со стрелками. Однако реальное соединение устройств значительно отличается от расположения их в обобщенной структуре. Так внешняя память функционально относится к памяти ЭВМ, но электрически подключается подобно устройствам ввода-вывода, с которыми она образует единое пространство, называемое периферией.

От структурной организации, т.е. от того, какие устройства входят в состав ЭВМ и как они соединены между собой, зависят многие её качества, важнейшим из которых является производительность. При самом общем подходе можно говорить о двух типах структур, одна из которых основана на использовании единственной общей шины, другая на множестве шин (иерархии шин).

Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно объединяются в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода. Следует отметить, что внешняя память отличается от устройств ввода и вывода тем, что данные в нее заносятся в виде, удобном компьютеру, но недоступном для непосредственного восприятия человеком. Так, накопитель на магнитных дисках относится к внешней памяти, клавиатура - устройство ввода, а дисплей и печать - устройства вывода.

Рис.1 Архитектура ЭВМ, построенная на принципах фон Неймана. Стрелки указывают направление обмена. Символом "У" помечены управляющиесвязи между процессором и остальными узлами ЭВМ.

 

Устройство управления и арифметико-логическое устройство в современных компьютерах объединены в один блок - процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств. Сюда относятся выборка команд из памяти, кодирование и декодирование, выполнение различных (в том числе и арифметических) операций, согласование работы узлов компьютера. Более детально функции процессора будут обсуждаться ниже. Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. ЗУ у современных компьютеров "многоярусно" и включает:

• ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы),

• ВЗУ (внешние запоминающие устройства) гораздо большей емкости чем ОЗУ, но с гораздо более медленным доступом (и гораздо меньшей стоимостью в расчете на 1 байт хранимой информации).

• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство).

На ОЗУ и ВЗУ классификация устройств памяти не заканчивается - определенные функции выполняют и СОЗУ (сверхоперативное запоминающее устройство) существуют и другие подвиды компьютерной памяти.