2. Архитектура компьютера.

Принято говорить об архитектуре вычислительной системы как общей её логической организации, определяющей структурную, схемотехническую и логическую организацию процессов кодирования и обработки данных, а также принципы взаимодействия её технических средств и программного обеспечения. Архитектура компьютера составляет совокупность основных устройств, узлов и блоков, а также структуру основных управляющих и информационных связей между ними, обеспечивающую выполнение заданных функций.

Одними из наиболее общих свойств архитектуры современных компьютеров являются её открытость и магистрально-модульный принцип построения аппаратно-програм-мных средств.

Магистрально-модульный принцип построения опирается на шинную организацию связей между компонентами (модулями) компьютера. Это обеспечивает открытость системы , то есть возможность изменения и наращивания функций компьютера и разнообразных устройств, удовлетворяющих заданным стандартам, от независимых производителей, на общих шинах компьютера .

Шина (Bus) в компьютере является физическим каналом для передачи данных, адресов и управляющих сигналов между блоками и модулями компьютера, параллельно подсоединенных к ней. Состоит из набора проводников для передачи цифровых электрических сигналов между портами потребителей, принимающих их из шины согласно управляющим сигналам.

3. Особенности архитектуры современных компьютеров

Архитектура современных компьютеров отличается от классической вышеописанной архитектуры ЭВМ. Процессоры большинства современных компьютеров отличаются суперскалярной, двух и более микропроцессорной (ядерной) структурой, и специальной организацией внутреннего устройства – конвейером. В таких процессорах реализован принцип конвейеризации вычислений, заключающийся в разбиении программы в процессе ее выполнения на этапы с одновременным параллельным выполнением «конвейера» команд. Так, например, при наличии пятиступенчатого конвейера (i486) соответствующие его пять этапов включают:

• выборку команды из памяти;

• декодирование команды;

• генерацию адреса, когда определяются адреса операндов в памяти;

• выполнение операции в АЛУ;

• запись результата.

В результате, на конвейере будут находиться в различных стадиях выполнения сразу пять и более команд одновременно(сейчас десять и более). Скорость вычислений в результате возрастает кратно длине конвейера и тактовой частоте процессора. Согласовать навысшую скорость работы конвейера со значительно более низкоскоростной оперативной памятью позволяют специальные кэши(L1 и L2) . То есть, проблема быстродействия оперативной памяти решается построением многоуровневой памяти. Оперативная память состоит из основной части большой емкости (сотни - тысячи Мбайт) и строится на относительно медленных (более дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) состоит из быстродействующих элементов. Данные, к которым чаще всего обращается процессор находятся в кэш-памяти первого уровня L1, работающей на частоте процессора , а больший объем оперативной информации хранится в медленной основной памяти ,скорость обмена которой и кэшем L1 согласуется через кэш L2, работающий с промежуточной скоростью обмена. Архитектура современных компьютеров предусматривает наличие каналов прямого доступа к оперативной памяти для обмена данными с устройствами ввода-вывода без участия центрального процессора, а также передачу большинства функций управления периферийными устройствами специализированным процессорам, разгружающими центральный процессор и повышающим его производительность.

Микропроцессоры, имеющие один конвейер называются скалярными, а два и более – суперскалярными.