25

3) Стpуктуpа ЭВМ. Пятиблочное пpедставление стpуктуpы ЭВМ.

Пpинцип фон-Неймана.

Среди всех архитектур ЭВМ, реализующих модель одиночного вычислителя, выделяется:

- Фон-неймановская (когда программы и данные находятся в одной области памяти, а команды содержат указания что выполнить и адрес данных). Представляет собой пятиблочную структуру, состоящую из АЛУ, УУ, ЗУ, устройство ввода и устройство вывода.

АЛУ - арифметико-логическое устройство – производит арифметические и логические операции над машинными словами, поступающими из ЗУ или по сигналам УУ, результат преобразования передаётся в ЗУ.

ЗУ - запоминающие устройство – хранит информацию, передаваемую из других устройств.

УУ - устройство управления – предназначено для организации вычислительного процесса, посылая всем устройствам сигналы, предписывающие им те или иные действия. Следит за номером выполняемого шага вычислений; по адресу из ЗУ извлекается команда и помещается в регистр команд, где расшифровывается по коду «тип операции», АЛУ настраивается на выполнение требуемой операции, а по адресам ячеек выбираются необходимые данные и помещаются в АЛУ.

Совокупность УУ и АЛУ называется процессором.

Устройства ввода предназначены для записи в памяти программ и данных с различных носителей.

Устройства вывода служат для выдачи результата расчёта и данных на различные носители.

Принцип фон-Неймана.

Автоматический процесс решения задач, достигается на основе принципа программного управления и принципа хранения в памяти программ.

- Поскольку программы хранятся в памяти наравне с данными, то одни и те же команды могут извлекаться из неё много раз и выполняться;

- Т.к. команды представлены в цифровом виде, то над командами, как над числами, можно производить операции

Указанные принципы позволяют сократить во много раз число команд в программе, содержащей вычислительные циклы, по сравнению с числом операций, выполняемых при решении задачи.

Команды выполняются в порядке их расположения в ячейках памяти. Команды условного и безусловного перехода изменяют порядок. Благодаря им, ЭВМ может автоматически изменять ход вычислительного процесса.

- Гарвардская

Отличие гарвардской заключается в том, что данные и команды разделены в памяти, это позволяет увеличить производительность, т. к. могут выполняться одновременно запросы на команды и данные.

Недостаток: высокая стоимость создания такого процессора из-за более сложной структуры.

Гарвардская архитектура наиболее распространена при создании специальных микропроцессоров, например DSP (Digital signal processor - процессор для решения задач в реальном времени). Матричные, векторные обработки изображения.

4) Пpинципы оpганизации основных аппаpатных сpедств эвм (расслоение памяти, регистр перемещений, прерывания и опрос состояний, буферизация).

Расслоение памяти предназначено для повышения скорости обращения к оперативной памяти. В обычном режиме при обращении к памяти другие операции с ней невозможны. При расслоении памяти соседние по адресам ячейки размещаются в отдельных физических модулях памяти, появляется возможность одновременной выборки 2 этих ячеек.

Регистр перемещений обеспечивает возможность динамического перемещения программы в памяти. В регистр заносится базовый адрес программы (CS). Этот базовый адрес прибавляется к адресу каждой выполняемой программы, это даст представление, что программа пишется с нулевого адреса, но в действительности может размещаться в любой области памяти машины (т.е адресация относительно CS).

Прерывание и опрос состояния. Чтобы одно устройство определило состояние другого, необходимо проводить его опрос. Например, чтобы считать символ с клавиатуры, программа опрашивает готовность клавиатуры. Опрос производится в цикле: если не готов, то идти на опрос. Альтернативой опоросу является прерывание, при котором устройство само сообщает об изменении своего состояния.

Буферизация. Реализуется с помощью буфера, предназначенного для временного хранения данных при операциях ввода-вывода. При вводе данных, данные помещаются в буфер. По окончании ввода, процессор получает доступ к буферу.

Простая буферизация (один буфер) - пока данные заносятся в буфер, процессор их обрабатывать не может. При двойной буферизации можно совмещать занесение в буфер и обработку информации.

5) Пpинципы оpганизации основных аппаpатных сpедств ЭВМ (переферийные устройства, каналы ввода-вывода, защита памяти, таймер и часы). памяти, регистр перемещений, прерывания и опрос состояний, буферизация).

Периферийные устройства позволяют хранить большие объемы информации. Устройства бывают последовательного и блочного доступа. Информация хранится с различной плотностью записи.

Кроме вышепомянутых методов доступа, существует метод прямого доступа.

-последовательная: поиск информации осуществляется последовательно по адресам ячеек памяти (магнитная лента)

-блочная: поиск информации осуществляется по блокам (лазерный диск)

-прямой: устройство само обращается в оперативную память -диалоговые средства пользователя (монитор, средства мультимедиа), устройства ввода/вывода информации (клавиатура, графический планшет, сканер, принтер, плоттер), средства связи и телекоммуникаций (адаптеры, модемы).

Каналы ввода-вывода. Это специализированные процессы ввода/вывода, которые позволяют полностью автоматизировать операции ввода/вывода. Канал имеет возможность прямого доступа к основной памяти.

Каналы ввода/вывода бывают силекторные – обеспечивающие высокоскоростной режим доступа (в каждый момент времени может обслуживаться только один канал); байтмультиплексные – канал, имеющий много подканалов и работающий в режиме чередования байтов, обслуживает медленные устройства ввода/вывода (принтер, низкоскоростные линии связи); блокмультиплексные – работает в режиме чередования блоков, обслуживает ряд высоскоростных устройств (лазерные принтеры, винчестеры и т.д.).

Защита памяти ограничивает диапазон адресов, к которым разрешается обращаться программе. Эти адреса заносятся в регистры границ. При выполнении команд программы каждый адрес команды сравнивается со значением в регистре границ.При достижении адреса, соответствующего граничному, доступ к памяти запрещается. Таким образом можно выделить для каждого процесса свои области доступной памяти.

Таймер и часы. Таймер – внутримашинные электронные часы реального времени, обеспечивающие при необходимости автоматический съём текущего момента времени. Подключается к автономному источнику питания. Часы, в отличие от таймера, изменить невозможно. Они показывают астрономическое время.

В процессор встроен счетчик реального времени, позволяющий определить время запуска программ и время их завершения. Например, при многозадачных режимах работы процессора, каждому процессу выделяется определенный квант времени, по истечении которого управление передается другому процессу.