Лекция Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ – это структура и принципы работы ЭВМ.

Под архитектурой ЭВМ можно понимать ту совокупность их характеристик, которая необходима  пользователю: основные устройства и блоки ЭВМ, структура связей между ними.

Перечень наиболее общих принципов построения ЭВМ, которые относятся к архитек-

туре, содержит следующее :

–    структура памяти ЭВМ;

–    способы доступа к памяти и внешним устройствам;

–    возможность изменения конфигурации компьютера;

–    система команд;

–    форматы данных;

–    организация интерфейса.

Основные принципы работы ЭВМ, которые не утратили своего значения до настояще- го времени, были сформулированы в 1946 г. Джоном фон Нейманом, одним из разработ- чиков машины ENIAK.

АЛУ

УВВ

ЗУ                          УВЫВ

УУ

Рис. 8. Классическая структура ЭВМ: АЛУ – арефметико-логическое устройство; ЗУ – запоми- нающее устройство; УУ – устройство управления; Увв – устройство ввода; Увыв – устройство выво- да

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – обеспечивает выполнение проце-

дур преобразования данных.

Устройство управления (УУ) – обеспечивает  управление процессом обработки данных. УУ  выбирает команды программы из основной памяти, интерпретирует тип ко- манды и запускает нужную схему АЛУ.

Запоминающие устройства процессора – обеспечивают промежуточное хране- ние обрабатываемых процессором данных. Основная память ЭВМ включает оперативную и постоянную память.

Оперативная память – устройство, обеспечивающее временное хранение команд и данных в процессе выполнения программы.

Постоянная память – устройство, обеспечивающее постоянное хранение и воз-

можность считывания критически важной для функционирования ЭВМ информации.

Внешние устройства – устройства, обеспечивающие ввод и вывод данных из ос- новных устройств ЭВМ (устройства ввода-вывода) и долговременное хранение информа- ции, не обрабатываемой  процессором в данный момент времени (внешние запоминаю- щие устройства).

1.  Принцип физического разделения устройств хранения программ и данных от процессорного модуля.

Структуру фон-неймановского типа имели ЭВМ первых двух поколений. В дальней-

шем УУ и АЛУ конструктивно были объединены в одно устройство - процессор.

Арифметико- логическое устройство (АЛУ)

Устройство управления (УУ)

Память

Устройство ввода

Устройство вывода

2.  Принцип программного управления.

Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности

3.  Принцип использования двоичной системы для представления команд и данных.

4.  Принцип однородности памяти.

Как программы, так и данные, хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в од- ной и той же системе счисления. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

5.  Принцип адресуемости памяти.

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. процессору в произ- вольный момент времен доступна любая ячейка. Время доступа к ячейке не должно зави- сеть от ее адреса.

Первым компьютером, в котором были реализованы основные особенности архитек-

туры фон Неймана, был «Марк 1» (Университет Манчестера, Великобритания, 1948 г.).

В последующем принципы архитектуры фон Неймана получили дальнейшее разви- тие. Появились новые виды архитектур, которые включали в свой состав несколько АЛУ и УУ (многопроцессорные  архитектуры), новые принципы обработки данных, основанные на параллельных вычислениях, и принципы архитектуры открытых систем.