Лекция 1

Базовая организация персонального компьютера Содержание

1. Многоуровневая организация и эволюция ЭВМ

2. Архитектурные принципы фон-Неймана

3. Магистральная вычислительная структура

4. Процессор. Основные компоненты и их назначение

5. Оперативная память (общая характеристика)

6. Типовая структура машинной команды

1. Многоуровневая организация и эволюция эвм

Многоуровневая организация средств цифровой ВТ

Цифровые вычислительные системы имеют многоуровневую иерархическую организацию (Рис. 1, табл.), которая проявляется в различных аспектах.

Рис. 1 Многоуровневая организация средств цифровой вычислительной техники

Уровни архитектуры эвм

Уровень	Характеристика, примечание
Проблемно-ориентированные языки	Использование готовой прикладной программы (например, MS Word)
Процедурно-ориентированные языки	Программирование прикладной задачи
Уровень языка макроассемблера	Позволяет поименовать часто повторяющиеся фрагменты кода и в дальнейшем использовать это имя
Уровень функций ОС (BIOS)	Можем пользоваться готовыми типовыми подпрограммами для часто используемых или аппаратно-зависимых действий
Уровень машинных команд	Если пишем свои аналоги системных функций
Микропрограммный уровень	Программно невидим, но знание его свойств позволяет улучшать эффективность кода
Уровень аппаратуры	Доступен во встроенных применениях

Эпизоды эволюции развития ЭВМ

Нулевое поколение - механическая эра.

3000 лет до н.э. - Первые счеты - абак в древнем Вавилоне

500 лет до н.э. - Счеты с косточками на проволоке в Китае

1492 г. - Леонардо да Винчи приводит рисунок 13-ти разрядного десятичного сумматора на основе зубчатых колес.

1642 г. - Блез Паскаль изготовил более 10 вычислителей, которые суммировали и вычитали пятиразрядные десятичные числа.

1673 г. - Г.В.Лейбниц создает вычислитель всех четырех операций над 12-ти разрядными десятичными числами. Результат умножения - 16 цифр.

1863 г. - Чарльз Бэббидж - механическая машина имела считыватель с перфокарт для ввода программ и данных, память объемом пятьдесят 40-а разрядных чисел и два аккумулятора для хранения промежуточных результатов. Имелись условные переходы. Суммирование занимало 3 сек, а умножение – 2…4 минуты. Позднее создает принтер.

1885 г. - Дорр Фельт- первый калькулятор, числа вводятся нажатием клавиш.

1937г. - Алан Тьюринг публикует статью, в которой излагает концепцию вычислительной машины, получившей название машины Тьюринга.

1938г. - Конрад Цузе - механический программируемый вычислитель Z1 с памятью на 1000 бит. Позднее Z3 с программой на перфоленте. Умножение числа на число занимает 5 секунд.

Первое поколение ЭВМ - электронные лампы (1945-1955). Представители - ЭВМ ЭНИАК, аккумуляторные ЭВМ с небольшой памятью (4 Кбайт).

Второе поколение ЭВМ - транзисторы (1955-1965).

Изобретение транзистора в лаборатории Bell Laboratories, за что получена Нобелевская премия в 1956 г. Появились новые архитектурные элементы: ▪ блок обработки чисел с плавающей запятой, ▪ общая шина, ▪ память на магнитных сердечниках. Суперкомпьютеры (Сеймур Крей, супер ЭВМ CDC6600 имела быстродействие 1 MFLOPS). Широко распространился отечественный компьютер типа Минск-32.

Третье поколение ЭВМ - интегральные схемы (1965-1980).

Изобретение в 1958 г. Робертом Нойсом кремниевой интегральной схемы. Архитектурные новшества: ▪ конвейерная и ▪ параллельная обработка, ▪микропрограммирование, ▪ кэш-память, ▪ первые ОС.

IBM-360 (модель 50): время цикла 500 нс, объем памяти 256 Кбайт, за одно обращение к ОЗУ выбиралось 4 байта.

Четвертое поколение ЭВМ - сверхбольшие интегральные схемы (1980-).

Large-scale integration (LSI) - до 1 000 транзисторов на кристалле.

Very large-scale integration (VLSI) - до 100 000 транзисторов на кристалле.

Появился микропроцессор - ЭВМ на кристалле, а затем и персональные ЭВМ Intel и Apple. В 1981 году появился первый персональный компьютер IBM PC. Основная память стала полупроводниковой. Идея ЭВМ с сокращенным набором команд -RISC идеология. Язык программирования С.

Пятое и шестое поколение ЭВМ - мультипроцессорные системы (1990- …).

Закон Мура (Gordon Moore) 1965 г.:

Число транзисторов на микросхеме удваивается каждые 18 месяцев.

Гордон Мур вместе с Робертом Нойсом (Robert Noyce) в 1968 г. основал Intel. Мур занимал должность исполнительного вице-президента корпорации, с 1975 по 1987 г. - президент и главный управляющий Intel. В 1997 г. ему было присвоено звание почетного председателя совета директоров.

Представив в виде графика рост производительности запоминающих микросхем, он обнаружил любопытную закономерность: новые модели микросхем разрабатывались спустя более-менее одинаковые периоды - 18-24 месяца - после появления их предшественников, а емкость их при этом возрастала каждый раз примерно вдвое. Если такая тенденция продолжится, заключил Мур, то мощность вычислительных устройств экспоненциально возрастет на протяжении относительно короткого промежутка времени.

Рис. 2 Закон Мура по версии Intel

Закон действует и многие считают, что это будет происходить, возможно, до 2020 года. В подтверждение приведем график (Рис. 2).