Простейшие типы архитектур
Центральное устройство. ЦУ представляет основную компоненту ЭВМ и, в свою очередь, включает ЦП — центральный процессор (central processing unit — CPU) и ОП — оперативную (главную) память (main storage, core storage, random access memory — RAM).
Процессор непосредственно реализует операции обработки информации и управления вычислительным процессом, осуществляя выборку машинных команд и данных из оперативной памяти и запись в ОП, включение и отключение ВУ. Основными блоками процессора являются:
• устройство управления (УУ) с интерфейсом процессора (системой сопряжения и связи процессора с другими узлами машины);
• арифметико-логическое устройство (АЛУ);
• процессорная память (внутренний кэш).
Оперативная память предназначена для временного хранения данных и программ в процессе выполнения вычислительных и логических операций.
Если абстрагироваться от подробностей, то основные классические типы архитектур можно определить как следующие: «звезда», иерархическая, магистральная (схематически — рис. 9.1, подробнее — рис. 9.2, 9.3, 9.4).
Рис. 4.1. Основные классы архитектур ЭВМ
Классическая архитектура (фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа (рис. 4.2). Это однопроцессорный компьютер.
Вычислительная машина включает пять базовых компонент и состоит из следующих типов устройств:
центральный процессор (ЦП), включающий АЛУ и УУ;
запоминающие устройства — память, в том числе оперативная (ОП) и внешние ЗУ;
устройства ввода и устройства вывода информации — внешние (периферийные) устройства (ВУ).
Рис. 9.2. Структурная схема ЭВМ 1-го и 2-го поколения (архитектура фон Неймана), «звезда»
Иерархическая архитектура (рис. 4.1, б, рис. 4.3) — ЦУ соединено с периферийными процессорами (вспомогательными процессорами, каналами и пр.), управляющими в свою очередь контроллерами, к которым подключены группы ВУ (системы IBM 360-375);
Рис. 9.3. Структурная схема ЭВМ 3-го поколения (иерархическая)
Магистральная структура (общая шина — unibas, рис. 4.1, в, рис. 4.4) — процессор (процессоры) и блоки памяти (ОП) взаимодействуют между собой и с ВУ (контроллерами ВУ) через внутренний канал, общий для всех устройств (машины DEC, ПЭВМ IBM PC-совместимые).
Рис. 9.4. Структурная схема ПЭВМ
К этому типу архитектуры относится также архитектура персонального компьютера: функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.
Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.
Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.
Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.
Второе поколение
