 |
ЭВМ как средство обработки информации
|
|
|
|
Итак, в предыдущей лекции было сказано, то в конце 40-х годов были сформулированы и воплощены основные идеи и принципы логического и физического устройства ЭВМ. И за малым исключением все современные компьютеры имеют такое же распределение функций и структуру и ее принято называть структурой машины фон Неймана. Прежде чем обсуждать устройство ЭВМ необходимо познакомиться с понятием «архитектура».
Под архитектурой понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.
Основные компоненты архитектуры ЭВМ
Из рисунка видно, что архитектура и структура ЭВМ это не одно и то же. Структура определяет конкретный состав вычислительного средства на некотором уровне детализации (устройства, блоки, узлы) и описывает связи внутри средства во всей их полноте. Архитектура же определяет правила взаимодействия составных частей вычислительного средства, регламентирует не все связи, а наиболее важные, которые должны быть известны для более грамотного использования данного средства. Так пользователю ЭВМ безразлично, на каких элементах выполнены электронные схемы, а важно другое – как те или иные структурные особенности ЭВМ связаны с возможностями, предоставляемыми пользователю.
Структура и принципы функционирования ЭВМ.
Замечание: технические детали ЭВМ устаревают очень быстро, однако, несмотря на то, что современные ЭВМ внешне не имеют ничего общего с первыми моделями, фундаментальные принципы, напротив, используются в течение очень длительного времени. В частности, это относится к базовым идеям построения вычислительных устройств, выдвинутым в середине 40-х годов Дж. фон Нейманом.
|
|
|
Любая ЭВМ фон-неймановской архитектуры содержит следующие основные устройства:
- арифметико-логическое устройство (АЛУ);
- устройство управления (УУ);
- запоминающее устройство (ЗУ), внутренне и внешнее;
- устройства ввода-вывода (УВВ);
- пульт управления.
В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором. Обобщенная логическая структура ЭВМ:
Функции памяти:
- прием информации из других устройств
- запоминание информации
- выдача информации по запросу в другие устройства машины
Функции процессора:
- обработка данных по заданной программе (выполнение арифметических и логических операций)
- программное управление работой устройств компьютера.
Кроме структуры Нейман предложил основополагающие принципы логического устройства ЭВМ:
- Принцип программного управления. Он обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ. Согласно ему программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. (!! то есть без участия человека)
- Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке – число, текст, или команда. Над командами можно выполнять такие же действия как и над данными. Этот принципа называют также «принцип хранимой программы». Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений. То есть команды одной программы могут получены как результаты исполнения другой. (трансляторы)
- Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек, процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
На сегодня подавляющее большинство компьютеров – фон неймановские, но есть и с другой архитектурой (н-р системы для параллельных вычислений). В том числе и IBM PC … успех – реализован принцип открытой архитектуры. ПАА – предусматривает возможность дополнения имеющихся аппаратных средств новыми компонентами без замены старых.
|
|
|
Структура современных ЭВМ
Однако со временем структура фон неймановских машин несколько менялась, несмотря на сохранение базовых принципов. Начало изменений – в з-ем поколении ЭВМ (переход от транзисторов к ИС). – уменьшение размеров функциональных узлов ЭВМ, предпосылки для роста быстродействия процессора. Но противоречие – между высокой скоростью обработки информации внутри машины и медленной работой устройств ввода-вывода. То есть процессор должен «ждать» информацию из «внешнего» мира, то есть простаивать. Следовательно, необходимо освободить ЦП от функции обмена информацией с внешними устройствами. В современных ЭВМ эта функция передана
контроллеру (адаптеру) – устройство, которое связывает периферийное оборудование и каналы связи с ЦП, освобождая его от непосредственного управления функционированием данного оборудования. То есть К. - это специализированный процессор. Пример – контроллер НГМД, контроллер принтера и пр. Контроллер сейчас имеет любое внешнее устройство.
Следующее изменение внутренней структуры ЭВМ произошло в 4 поколении ЭВМ. Для связи между отдельными функциональными узлами ЭВМ появилось принципиально новое устройство – общая шина (магистраль, системная шина)
системная шина – это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Она включает в себя:
1. кодовую шину данных – служит для параллельной передачи всех разрядов числового кода
2. кодовую шину адреса – служит для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства.
3. кодовая шина инструкций (командная шина) – служит для передачи управляющих сигналов во все блоки машины.
Схематично:
Все блоки ЭВМ подключаются к шине через соответствующие унифицированные разъемы. Такую структуру легко пополнять новыми устройствами – открытость архитектуры.
|
|
|
12 |
