Тема 4. Понятие и основные виды архитектуры эвм (архитектура и принципы архитектуры Дж.Фон Неймана)

1. Принципы архитектуры эвм Дж. Фон Неймана.

Термин «архитектура ЭВМ» используется для описания общего принципа действия и взаимного соеди­нения основных логических узлов ЭВМ. Под архитектурой ЭВМ понимается: структура памяти; способы доступа к памяти и внешним устройствам; возможность изменения конфигурации компьютера; система команд; форматы данных; организация интерфейса, а также совокупность свойств и характеристик, рас­сматриваемая пользователем.

Концепцию классич. архитектуры цифровой ЭВМ сформу­лировал Нейман. Основные положения:

- применение двоичной системы счисления;

- программное управление работой ЭВМ (инструкции, исполняются автоматически в заданной последовательности);

- принцип хранимых программ и данных в запоминающем уст­ройстве машины, обладающем высокой скоростью выборки и записи;

- однотипное представление в двоичном коде инструкций про­грамм и обрабатываемых ими данных;

- принцип иерархичности памяти, мин. два уровня (осн. и внешняя);

- принцип адресности осн. памяти (ячейки памяти доступны программе по двоичному адресу или по имени, присваиваемом в программе и сохраняется на протя­жении всего времени выполнения программы).

Главным принципом построения современных ЭВМ является программное управление - представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений — набор команд, определяющих решение задачи посредс­твом конечного числа операций.

ЭВМ имеет модульную архитек­туру и включает в себя: блок управления, арифметичес­кое устройство, память, устройство ввода программ и данных, устройство вывода результатов, пульт ручного управления.

Блок управления обеспечивает упр-е всеми устройствами компа. Арифметическое устр-во выполняет арифметические и логические операции обработки информации, хранящейся в памяти компьютера. В современных ЭВМ арифметико-логическое устройство и блок упр-я объеди­нены в процессор.

В памяти ЭВМ данные и программы представлены в двоичной форме. Память делится на осн. (оперативную) и внешнюю (запоминающие устр-ва).

Ввод символьной информации - клавиатура, ввод графической-сканеры, видео- и веб-камеры, граф. планшет; для звук. - аккордовая клавиатура, микрофоны, диктофон и др.

Устр-ва вывода разнообразны. Для визуальной-принтер или монитор, графопостроитель, для звуковой-мультимедийная аппа­ратура-динамики, акуст. колоник и наушники.

Архитектура ЭВМ Дж. фон Неймана полностью соответствует ЭВМ 1го и 2го поколений. Появление ЭВМ 3го поко­ления обострило противоречие между высокой скоростью обработки инфы и медленной работой устройств ввода-вывода. Возникла необходимость создания каналов ввода/вывода, специальных электронных схем управления работой вне­шних устройств (контроллеров), которые являются специализи­рованными процессорами и имеют собственную систему команд.

Появился и новый вид памяти — видеопамять. Это было обуслов­лено разработкой устройства визуального ввода и вывода — дисп­лея. Характерной чертой архитектуры ЭВМ нового поколения явля­ется общая шина. Переход к шинной архитектуре построения ЭВМ позволил реализовать открытую архитектуру для ЭВМ, содержа­щих небольшое число внешних устройств

В следующих поколениях ЭВМ процессор перестал играть цен­тральную роль в конструкции ЭВМ. Это позволило устройствам ЭВМ устанавливать прямые связи друг с другом, осуществлять обмен данными между внешним устройством и ОЗУ (без участия центрального процессора). Метод прямого доступа к памяти реа­лизован на базе специального контроллера.

В современной архитектуре ЭВМ наметились три тенденции:

1. усложнение системы связи между узлами ЭВМ за счет расши­рения внешних устройств;

2) создание многопроцессорных ЭВМ

3) ускоряющееся возрастание роли межкомпьютерных коммуникаций, которое привело к появлению компьютерных сетей.

ЭВМ, построенные на основе неймановской архитектуры и рассчитанные на последовательное выполнение команд, имеют предел роста производительности. Для совершенствования вычислительных процессов осуществля­ется переход на параллельную, отличную от неймановской, век­торно-конвейерную архитектуру построения ЭВМ, многопроцес­сорных систем и сетей ЭВМ.

Наиболее характерными чертами архитектуры современных ЭВМ являются: модульность построения — наличие в структуре ЭВМ автономных, функционально и конструктивно законченных устройств; иерархическая организация структуры ЭВМ; децентрализация управления и структуры ЭВМ.

Для ЭВМ применяется система машинных команд, включающая в себя команды: передачи данных (пересылки), арифметические, логические, сдвигов двоичного кода влево и вправо (для выполне­ния умножения и деления), ввода и вывода информации для обмена с внешними устройствами, управления, специальные.

Процессор ЭВМ характеризуется: набором выполняемых команд, скоростью их выполнения, объемом адресуемой памяти, разме­рами машинных слов, разрядностью.

Оперативная память компьютера рассматривается как массив ячеек, номер ячейки памяти называется ее адресом. Важнейшая характеристика процессора — разрядность адреса, которая определяет размерность адресного пространства. Единицей адресации является байт.

Тема 5. Состав, назначение, характеристики и принципы работы основных элементов персонального компьютера (структурная схема ПК, микропроцессор, его функциональные части и характеристики, системная плата, аппаратные интерфейсы, уровни памяти компьютера: микропроцессорная, основная, внешняя, назначение и характеристики устройств ввода-вывода, системы мультимедиа).