 |
Определение архитектуры компьютера.
|
|
|
|
ЭВМ и периферийные устройства
Лектор: доцент каф. ИТАС
Осмоналиев Абдикамил Бурканович
Лекция 1. (2 часа)
Тема. Введение. Цели и задачи курса. Определение архитектуры компьютера. Уровни детализации структуры вычислительной машины.
Введение
Мы живем в информационную эпоху: документы ЮНЕСКО свидетельствуют, что сейчас в информационной сфере занято больше половины населения развитых стран. Основу современных информационных технологий, их базис, составляют аппаратные средства компьютерной техники.
Современные вычислительные машины (ВМ) и системы (ВС) являются одним из самых значительных достижений научной и инженерной мысли, влияние которого на прогресс во всех областях человеческой деятельности трудно переоценить. Поэтому понятно то пристальное внимание, которое уделяется изучению ВМ и ВС в направлении «Информатика и вычислительная техника» высшего профессионального образования.
В государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования содержание дисциплины «ЭВМ и периферийные устройства» определено следующим образом:
• основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов;
• функциональная и структурная организация процессора;
• организация памяти ЭВМ;
• основные стадии выполнения команды;
• организация прерываний в ЭВМ;
• организация ввода-вывода;
• периферийные устройства;
• архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов;
• параллельные системы;
• понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах.
В течение лекционных занятий мы постараемся рассмотреть все эти вопросы.
|
|
|
Электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер (англ. computer – вычислитель) – это аппаратурно-программный комплекс, предназначенный для обработки информации. Под обработкой понимается: преобразование (т.е. выполнение некоторых вычислительных операций), а так-же ввод, вывод и хранение информации.
Подобные устройства нашли применение практически во всех областях
деятельности человечества. Изначально использовались большие сложные вычислительные машины, затем более широкое распространение получили персо-
нальные компьютеры.
Персональный компьютер (ПК) (англ. personal computer, PC) – это массово применяемая ЭВМ, имеющая небольшие габаритные размеры и невысокую стоимость.
Освоение бакалаврами дисциплины «ЭВМ и периферийные устройства» преследует следующие цели: знакомство с эволюцией архитектуры ЭВМ, направленной на преодоление узких мест архитектуры фон-Неймана по мере развития СБИС-технологий и языков программирования, систематизация теоретических знаний о системной организации классических ЭВМ и периферийных устройств, изучение особенностей архитектур ЭВМ и их влияния на производительность на заданном классе задач, формирование практических навыков оптимизации прикладных программ под заданную архитектуру ЭВМ, изучение архитектур современных ЭВМ и спецвычислителей, знакомство с тенденциями развития ЭВМ и периферийных устройств.
Определение архитектуры компьютера.
Изучение любого вопроса принято начинать с договоренностей о терминологии. В нашем случае определению подлежат понятия вычислительная машина (ВМ) и вычислительная система (ВС). Сразу же оговорим, что предметом рассмотрения будут исключительно цифровые машины и системы, то есть устройства, оперирующие дискретными величинами. В литературе можно найти множество самых различных определений терминов «вычислительная машина и «вычислительная система». Причина такой терминологической неопределенности кроется в невозможности дать удовлетворяющее всех четкое определение, достойное роли стандарта. Любая из известных формулировок несет в себе стремление авторов отразить наиболее существенные, по их мнению, моменты, в силу чего не может быть всеобъемлющей. В подтверждение этого тезиса приведем несколько определений термина «вычислительная машина», взятых из различных литературных источников. Итак, вычислительная машина - это:
|
|
|
1. Устройство, которое принимает данные, обрабатывает их в соответствии с хранимой программой, генерирует результаты и обычно состоит из блоков ввода, вывода, памяти, арифметики, логики и управления.
2. Функциональный блок, способный выполнять реальные вычисления, включающие множественные арифметические и логические операции, без участия человека в процессе этих вычислений.
3. Устройство, способное:
· хранить программу или программы обработки и по меньшей мере информацию, необходимую для выполнения программы;
· быть свободно перепрограммируемым в соответствии с требованиями пользователя;
· выполнять арифметические вычисления, определяемые пользователем;
· выполнять без вмешательства человека программу обработки, требующую изменения действий путем принятия логических решений в процессе обработки.
Не отдавая предпочтения ни одной из известных формулировок терминов «вычислительная машина» и «вычислительная система», тем не менее воспользуемся наиболее общим их определением [33], условившись, что по мере необходимости смысловое их наполнение может уточняться.
Термином вычислительная машина будем обозначать комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.
В свою очередь, вычислительную систему определим как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или вычислительных машин, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения задач пользователей.
Таким образом, формально отличие ВС от ВМ выражается в количестве вычислителей. Множественность вычислителей позволяет реализовать в ВС параллельную обработку. С другой стороны, современные вычислительные машины с одним процессором также обладают определенными средствами распараллеливания вычислительного процесса. Иными словами, грань между ВМ и ВС часто бывает весьма расплывчатой, что дает основание там, где это целесообразно, рассматривать ВМ как одну из реализаций ВС. И напротив, вычислительные системы часто строятся из традиционных ВМ и процессоров, поэтому многие из положений, относящихся к ВМ, могут быть распространены и на ВС. Последнее замечание имеет непосредственное отношение к материалу нескольких первых тем. Условимся, что сказанное относительно вычислительных машин распространяется и на ВС с традиционными процессорами. В тех случаях, когда излагаемый материал справедлив лишь по отношению ВС, структура или принцип действия которых отличается от традиционных, будет действовать термин «вычислительная система».
|
|
|
Рассмотрение принципов построения и функционирования вычислительных машин и систем предварим определением термина архитектура в том виде, как он будет трактоваться в нашей совместной работе по изучению дисциплины.
Под архитектурой вычислительной машины обычно понимается логическое построение ВМ, то есть то, какой машина представляется программисту. Впервые термин «архитектура вычислительной машины» (computer architecture) был употреблен фирмой IBM при разработке машин семейства IBM 360 для описания тех средств, которыми может пользоваться программист, составляя программу на уровне машинных команд. Подобную трактовку называют «узкой», и охватывает она перечень и формат команд, формы представления данных, механизмы ввода/вывода, способы адресации памяти и т. п. Из рассмотрения выпадают вопросы физического построения вычислительных средств: состав устройств, число регистров процессора, емкость памяти, наличие специального блока для обработки вещественных чисел, тактовая частота центрального процессора и т. д. Этот круг вопросов принято определять понятием организация или структурная организация.
Архитектура (в узком смысле) и организация — это две стороны описания ВМ и ВС. Поскольку для наших целей, помимо теоретической строгости, такое деление не дает каких-либо преимуществ, то в дальнейшем будем пользоваться термином правда, в «широком» его толковании, объединяющем как архитектуру в узком смысле, так и организацию ВМ. Применительно к вычислительным системам термин «архитектура» дополнительно распространяется на вопросы распределения функций между составляющими ВС и взаимодействия этих составляющих.
|
|
|
