3.2.2. Структурная организация машины

Известны три принципиально различных типа организации структуры ЭВМ:

• с общим процессором,

• с общей памятью,

• с общей шиной.

Рассмотрим их кратко.

Машина с общим процессором представлена на рис. 3.2. Все устройства (и ОЗУ и внешние устройства) подключены непосредственно к процессору. Любая организация имеет свои достоинства и недостатки.

Рис. 3.2

К достоинствам такой организации следует отнести:

• доступность и минимальное время обращения процессора к любому устройству;

• независимость работы всех устройств друг от друга, за исключением процессора;

• возможность оптимального, в определенном смысле, обмена информацией процессора с каждым из устройств.

Недостатки:

• обмен информацией между устройствами возможен только через самое дорогое и дефицитное устройство — через процессор;

• невозможен режим прямого доступа к памяти для внешних устройств;

• структура ЭВМ достаточно жесткая, т.к. каждому ВУ на процессоре должен быть выделен индивидуальный порт — устройство для подключения.

Следующий вариант — машина с общей памятью (рис 3.3).

Рис. 3.3

Достоинства такой структуры:

• процессор непосредственно связан только с ОЗУ — самым быстродействующим устройством ЭВМ и самым ему необходимым;

• внешние устройства имеют прямой доступ к памяти, который может происходить без участия процессора;

• внешние устройства могут обмениваться информацией между собой без участия процессора.

Недостатки:

• затруднено обращение процессора к внешним устройствам;

• требуется администрирование при одновременном обращении к памяти различных устройств, система приоритетов для ВУ;

• опять, как и в предыдущем варианте, структура ЭВМ достаточно жесткая, т.к. каждому устройству на блок ОЗУ должен быть выделен индивидуальный порт.

Вариант с общей шиной (рис. 3.4). Для него характерно, что все устройства подсоединены к одной единственной магистрали — общей шине.

Рис. 3.4

Достоинства структуры с общей шиной:

• универсальная система связи для всех и внешних, и внутренних устройств ЭВМ;

• открытость архитектуры, т.к. к шине можно подключать любые устройства (естественно, из некоторого класса);

• количество ВУ теоретически не ограничено;

• ВУ могут иметь прямой доступ к памяти;

• процессор имеет простой доступ к любому ВУ.

Недостатки:

• наличие медленнодействующих ВУ, подключенных к шине, затрудняет работу с быстродействующими ВУ и ОЗУ;

• сбой в работе ВУ может привести к аварийной остановке всей машины;

• общая производительность машины ограничивается временем обращения к медленнодействующим ВУ.

3.3. Вариант структуры микроЭвм

3.3.1. Общая структура машины

Общее устройство компьютера и особенности архитектуры рассмотрим на примере упрощенной структуры ЭВМ из семейства PDP-11, разработанной фирмой DEC в 1973г. (рис. 3.5). Машина построена по принципу общая шина (Unibus), т.е. все устройства  и внутренние и внешние  подключаются на одну универсальную магистраль.

Рис. 3.5

Основные характеристики машины:

• ЭВМ имеет открытую архитектуру, т.е. ориентирована на подключение разнообразных, в том числе и нестандартных, ВУ;

• конструктивно машина занимает одну плату;

• ЭВМ может работать со словами (16 двоичных разрядов);

• ЭВМ может работать с байтами (8 двоичных разрядов);

• система команд содержит 72 команды, в том числе и команды с плавающей точкой;

• имеется последовательный байтовый интерфейс для связи с удаленными объектами;

• имеется параллельный байтовый интерфейс для связи с близкими объектами;

• магистраль позволяет подключить до 32 ВУ без дополнительных адаптеров;

• ЭВМ широко используется (до настоящего времени) для построения систем автоматического управления техническими объектами.

Данную машину можно рассматривать в настоящее время как классический пример микроЭВМ. Она имеет достаточно простую организацию, в том числе и процессор. Язык ассемблера для нее отличается строгостью и регулярностью, содержит легко понятную систему команд. Для него легко реализуются трансляторы в машинные коды.