Организация ЭВМ. Карельская Екатерина Александровна. Экзамен.

31012011 Лекция 1

Общие вопросы организации эвм и систем

Из чего состоит, когда и кем изобретена ЭВМ. Классификация по элементной базе.

Организация ЭВМ определяет состав аппаратно-программных средств вычислительной машины, связей между ними и их функциональные характеристики. Любая вычислительная машина – это сложная система, которая имеет иерархическая структуру с множеством компонентов на каждом уровне иерархии. При описании ЭВМ или системы принято различать структурную и архитектурную реализацию.

Логическая организация относится к более высоким уровням описания ЭВМ или систем и присутствует на каждом уровне. Например, на уровне аппаратуры логическая организация – это состав, функциональные связи и характеристики взаимодействия аппаратурных модулей в процессе выполнения разного класса задач. Такую логическую организацию принято называть структурой или структурной схемой.

К основным характеристикам структурной организации относятся: управляющие сигналы, аппаратный интерфейс между процессором и периферией, технология функционирования памяти и другие.

Архитектура ЭВМ – это функциональные возможности аппаратных средств, используемые для представления программ и данных, это средства, которые доступны извне (например, со стороны программы) или те, которые оказывают непосредственное влияние на логику выполнения программ. Например, набор машинных команд, формат разрядной сетки, механизм обращения к средствам ввода/вывода, метод адресации памяти и другие.

Чаще всего нет строгого разделения на структурную и архитектурную организации (обычно архитектура содержит структуру – её мнение).

Взаимодействие аппаратных и программных средств ЭВМ.

Кто осуществляет взаимодействие – операционная система. ОС так же запускает другие прикладные программы и организует взаимодействие ЭВМ и пользователя. Спросит структуру ЭВМ.

Процессор эвм. Назначение и принцип работы.

Типовая ЭВМ содержит арифметико-логическое устройство, шины данных/адреса/управления, устройства управления/память/ввода-вывода.

Фон Нейман предложил данную структуру. Принцип программного управления: устройство без вмешательства человека осуществляет управления при помощи команд (код операции+адресная часть).

Процессор – это устройство, непосредственно осуществляющее обработку данных и программное управление этими процессами. Процессор дешифрирует и выполняет команды программ, организует обращение к оперативной памяти, инициирует работу периферийных устройств, обрабатывает внешние сигналы (события). Обычно процессор все функции выполняет сам, но при наличии спец процессоров (сопроцессоров) функции могут быть рассредоточены. Общая функциональная схема процессора выглядит следующим образом:

О Б – операционный блок/устройство – в нём происходит обработка информации,

ИБ – интерфейсный блок – служит для связи с внешними устройствами,

УБ – управляющий блок – управляет всеми остальными компонентами.

Структурная схема процессора

УУ – устройство управления – выполнение функций управления, вырабатывает последовательность управляющий сигналов, которые инициирует соответствующую последовательность микроопераций, которые, в свою очередь, реализуют текущую команду (команда и микрокоманда – разные вещи).

АЛУ – арифметико-логическое устройство – выполнение всех арифметических и логических операций с данными. АЛУ может быть целочисленным с плавающей точкой или запятой. Может быть несколько АЛУ каждого типа.

Память: Блок управляющих регистров предназначен для временного хранения управляющей информации, содержит регистры и счетчики, участвующие в управлении вычислительным процессом. Например, регистр счетчика адреса команды, счетчики тактов, регистр запросов прерываний, регистр информации о состоянии процессора (процессор может находиться в нескольких состояниях).

Блок регистровой памяти – это местная память процессора очень высокого быстродействия (минимум порядком выше, чем быстродействие ОП). Регистр блока служит для хранения операндов, участвующих в операциях (например, регистр А, АХ ,ЕАХ – аккумуляторные, регистр В – базовый регистр, регистр С – регистр счетчиков, D – регистр данных, дополнительные регистры данных; все они называются регистрами общего назначения) (соединен со всеми).

Блок контроля и диагностики служит для обнаружения сбоев и отказов в аппаратуре ЭВМ ( в частности процессора), восстановления программ после сбоев и отказов, восстановления программы после сбоя.

Классификация процессоров.

По количеству больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте:

1. Однокристальный (вся архитектура процессора на одной БИС)

2. Многокристальный (получены путем разбиения общей функциональной схемы горизонтальными плоскостями). Достоинства: независимые части могут работать отдельно – быстродействие (распараллеливание)

3. Многокристальные секционные (получены путем разбиения общей функциональной схемы вертикальными плоскостями)

По назначению:

1. Универсальные (широкий круг задач, обладают универсальной (расширенной) системой команд, они показывают примерно одинаковое быстродействие при решении различного класса задач).

2. Специализированные (проблемно-ориентированные процессоры, показывают максимальную производительность при решении определенного круга задач):

А. Цифровые сигнальные (фильтрация сигнала, свертка двух сигналов, усиление, ограничение, трансформация сигналов;

Б. Коммуникационные (область использования – системы связи: сетевые процессоры (в трактах телекоммуникационных систем));

В. Медийные /мультимедийные (выполнение числовых операций с такими типами данных, как видео и звук).

По виду обрабатываемых входных сигналов:

1. Цифровые

2. Аналоговые

По характеру временной организации работы:

1. Синхронные (начало и конец выполнения операций задаётся устройством управления)

2. Асинхронные (начало операции только фактическому окончанию предыдущей операции)

По количеству выполняемых программ:

1. Однопрограммные

2. Мультипрограммные