 |
Архитектура Джона фон Неймана
|
|
|
|
Архитектура ЭВМ
Процессор, МП и МПС
Процессором называют программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации и управление
Микропроцессором(МП) называют построенное на одной или нескольких БИС/СБИС программно-управляемое устройство, осуществляющее поцесс обработки информации и управление им.
ММ система(МПС) – совокупность микропроцессором, памяти и устройства ввода/вывода(внешние устройства)
Структура МПС
Структура МПС является магистрально-модульной.
Типична 3-шинная структура МПС с шинами адресов ША(AB – Address Bus), данных ШД(DB – Data Bus) и управления ШУ(CB – Control Bus).
Структура МПС с простым МП от Intel
МП система
Микропроцессор МП. Выполняет программу, МП обрабатывает команду за командой. Команда задает выполняемую операцию и содержит сведения об участвующих в ней операндах. После приема команды происходит ее расшифровка и выполнение, в ходе которого МП получает необходимые данные из памяти или внешних устройств. Ячейки памяти и внешние устройства(порты) имеют номера, называемые адресами, которыми они обозначаются в программе.
Генератор Г задает МП тактовые импульсы. По каждому МП выполняет команду.
Однонаправленная адресная шина ША. По ней МП посылает адреса, определяя объект, с которым будет обмен.
Двунаправленная шина данных ШД. По ней МП обменивается данными с модулями(блоками) системы.
Шина управления ШУ. По ней идет обмен управляющей информацией.
Постоянное запоминающее устройство – ПЗУ (ROM – Read Only Memory) хранит фиксированные программы и данные.
Оперативное запоминающее устройство – ОЗУ (RAM – Read Access Memory) хранит оперативные данные(изменяемые программы, промежуточные результаты вычислений и др)
|
|
|
Интерфейс управления ИУ. Осуществляет взаимодействие с устройствами ввода-вывод(УВВ) или внешними устройствами(ВУ) – техническими средствами для передачи данных извне в МП или память, либо из МП или памяти во внешнюю среду.
Интерфейсом называют совокупность аппаратных и программных средств, унифицирующих процессы обмена между модулями системы.
Контроллеры прерываний обеспечивают обмен с внешними устройствами в режиме прерывания(временной остановки) выполняемой программы для обслуживания запроса от внешнего устройства.
Контроллеры прямого доступа к памяти обслуживают режим прямой связи между внешними устройствами и памятью без участия МП.
Архитектура МПС
Архитектура вычислительной машины – концептуальная структура вычислительной машины определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.
Составляющие архитектуры МПС:
-Структурная схема ЭВМ
-Средства и способы доступа к элементам этой структурной схемы
-Организация и разрядность интерфейсов ЭВМ
-Набор и доступность регистров
-Организация памяти и способы ее адресации
-Набор и формат машинных команд процессора
-Способы представления и форматы данных
-Правила обработки прерываний
МПС разделяют:
-По разрядности интерфейсов и машинных слов: 8-, 16-, 32-, 64-, 128- разрядные(ряд ЭВМ имеет и иные разрядности)
-По особенностям набора регистров, формата команд и данных CISC – компьютер с полным набором команд; RISC – компьютер с сокращенным набором команд; VLIW – компьютер с очень длинным набором команд;
-По количеству центральных процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные, суперскалярные.
Аппаратная платформа включает:
АСК – Архитектура системы команд(ISA – Instruction Set Architecture) – это приблизительно то же самое, что и модель программирования.
|
|
|
Микропрограмма(firmware – микрокод(прошивка)). Это системное программное обеспечение, встроенное («зашитое») в аппаратное устройство.
Микроархитектура – это способ, которым данная архитектура набора команд реализована в процессоре.
Центральный процессор(ЦП или центральное процессорное устройство; CPU – Central Processor Unit) – микросхема, исполнитель машинных инструкций (кода программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера.
Архитектура Джона фон Неймана
Этапы цикла выполнения:
1) МП выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса ША и по шине управления ШУ отдаёт памяти команду чтения.
2) Память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных ШД и по шине ШУ сообщает о готовности.
3) МП получает число с шины данных, интерпретирует его как команду(машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её (по подпрограмме, хранимой в ПЗУ)
4) Если последняя команда не является командой перехода, то МП увеличивает на единицу(в предложении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды.
5)
|
|
|
