шин пятого поколения, в основе обработки информации в которых лежат не вычисления, а логические выводы.

Современный компьютер состоит из нескольких функциональных узлов: процессор, память, контроллеры устройств и т. д. Каждый узел представляет собой сложное электрон- ное устройство, в состав которого могут входить миллионы логических элементов. Для луч-

шего понимания принципа работы каждого узла и компьютера в целом вводится понятие уровней представления компьютера.

Цифровой логический уровень – уровень логических схем базовой системы элементов. Микроархитектурный уровень – уровень организации обработки информации внутри

функционального узла.

Командный уровень – набор функциональных узлов и связи между ними, система ко- манд и данных, передаваемых между устройствами. Набор блоков, связей между ними, ти- пов данных и операций каждого уровня называется архитектурой уровня. Архитектура ко- мандного уровня называется обычно компьютерной архитектурой или компьютерной орга- низацией.

2.6.Совершенствование и развитие архитектуры ЭВМ

2.6.1.Архитектуры с фиксированным набором устройств. Компьютеры первого и

второго поколения имели архитектуру закрытого типа с ограниченным набором внешнего оборудования. Такая архитектура характерна для компьютеров, базовая система логических элементов которых построена на электронных лампах и транзисторах. Введение любого до-

полнительного функционального блока в такие архитектуры сопряжено с увеличением

					потребляемой	мощности, занимаемой площади и
	а		Канал ввода	АЛУ	увеличением стоимости всей системы. Поэтому ком-
	д		и вывода
	о				пьютер, выполненный по этой архитектуре, не имел
	в
	в а
	а	д			возможности	подключения	дополнительных	уст-
	в	о
	т	в
	с	ы			ройств, не предусмотренных разработчиком.
	й	в
	о	и
	р		Устройство	Буферные	Компьютеры закрытой архитектуры эффек-
	т
	с		управления
	У			регистры
					тивны при решении чисто вычислительных задач.
					Схема такой архитектуры приведена на рис. 2.8.
				Оперативная	Здесь устройство управления обеспечивает выполне-
					ние команд программы и управляет всеми узлами
				память
					системы. Канал ввода и вывода допускает подклю-
Рис. 2.8. Архитектура компьютера закрытого типа					чение только	определенного	числа внешних	уст-

ройств. АЛУ обеспечивает не только числовую обработку информации, но и участвует в процессе ввода и вывода.

2.6.2. Открытая архитектура. Значительные успехи в миниатюризации электронных схем не просто способствовали уменьшению размеров базовых функциональных узлов ЭВМ, но и создали предпосылки для существенного роста быстродействия процессора. Возникло противоречие между высокой скоростью обработки информации внутри машины и медлен- ной работой устройств ввода-вывода. Для решения этой проблемы центральный процессор стали освобождать от функций обмена, передавая эти функции специальным электронным схемам управления работой внешних устройств. Такие схемы имели различные названия, последнее время всё чаще используется термин контроллер внешнего устройства. Контрол- лер можно рассматривать как специализированный процессор, управляющий работой внеш- него устройства по специальным встроенным программам обмена, причем без участия цен- трального процессора.

В начале 1970-х гг. фирмой DEC (Digital Equipment Corporation) был предложен ком-

пьютер новой архитектуры. Она позволяла свободно подключать любые периферийные уст- ройства. Главным нововведением являлось то, что для связи между отдельными функцио- нальными узлами ЭВМ использовалась общая шина. Шиной называется основная интер-

66

фейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств меж- ду собой (см. рис. 2.9). Подключение устройств к шине осуществлялось в соответствии со стандартом шины. Стандарт шины являлся свободно распространяемым документом, что позволяло фирмам – производителям периферийного оборудования разрабатывать контрол- леры для подключения своих устройств к шинам различных стандартов. Чаще всего шина состоит из трёх частей:

§шины данных, по которой передаётся информация;

§шины адреса, определяющей, куда передаются данные;

§шины управления, регулирующей процесс обмена информацией.

				Общее управление всей системой
Центральный	Память	Видеопамять		осуществляет центральный процессор,
процессор				выделяя время другим устройствам для
				обмена информацией. Внешние устрой-
				ства, уровни сигналов которых отлича-
данных				ются от уровней сигналов шины, под-
Шина адреса				ключаются к ней через специальное уст-
управления
				ройство – контроллер, которое согласо-
Контроллер	Контроллер	Контроллер		вывает сигналы устройства с сигналами
				шины и управляет устройствам по ко-
				мандам центрального процессора. Кон-
Устройство	Устройство	Другие		троллер подключается к шине специаль-
ввода	вывода	устройства		ным устройством – портом ввода-

вывода. Каждый порт имеет свой номер,

Рис.2.9. Шинная архитектура ЭВМ	по которому происходит обращение.

Недостатком этой архитектуры является задержка работы “быстрых” устройств “мед- ленными”, т. к. к шине подключены устройства с разными объёмами и скоростями обмена информацией. Дальнейшее повышение производительности компьютера было найдено во введении дополнительной локальной шины, к которой подключались только “быстрые” уст- ройства. Потребовалось ещё одно дополнительное устройство – контроллер шины, который анализирует адреса портов и передаёт их контроллеру, подключённому к общей или локаль- ной шине.

2.6.3. Архитектура многопроцессорных вычислительных систем. Существует много задач, объём вычислений которых превышает возможности персонального компьюте- ра. Для их решения применяются компьютеры с гораздо более высоким быстродействием.

Для получения высокого быстродействия на существующей элементной базе используются архитектуры, в которых процесс обработки информации распараллеливается. Существуют три основных подхода к построению архитектур таких компьютеров:

§многопроцессорные;

§магистральные;

§матричные.

Архитектура простых многопроцессорных систем выполняется по схеме с общей шиной. Два или более процессоров и несколько модулей памяти размещаются на общей шине. Каждый процессор для обмена с памятью проверяет, свободна ли шина, и если она свободна, занимает её. Если же шина занята, то процессор ждёт, когда она освободится. Производительность такой системы ограничена пропускной способностью шины.

Магистральный принцип является самым распространённым при построении ЭВМ. Процессор такой системы разделён на ряд устройств, выполняющих арифметические и ло- гические операции и быструю регистровую память для хранения обрабатываемых данных. Таким образом, создаётся своеобразный конвейер преобразования данных: регистры – обрабатывающие устройства – регистры – и т. д. Конечные результаты вычислений записываются в общее запоминающее устройство.

67