Лекция "Архитектура ЭВМ: обобщенная структурная схема ЭВМ (фон Неймана)"

Архитектура ЭВМ: обобщенная структурная схема ЭВМ (фон Неймана) 1. Персональная ЭВМ типа IBM PC включает в себя микропроцессор (МП),  оперативную память и устройства ввода­вывода (УВВ), объединенные между собой  системной шиной.  Микропроцессор   предназначен для выполнения собственно арифметических и логических    операций и управления взаимодействием блоков компьютера. Оперативная память хранит  операнды и программу во время ее выполнения. Устройства ввода­вывода обеспечивают  обмен информацией между ядром компьютера (МП и ОП) и средствами ввода и  отображения данных. Сюда относятся мониторы, печатающие устройства,  графопостроители, жесткие и гибкие магнитные диски и т. д. Компьютер строится по  магистрально­модульному принципу, при котором все блоки компьютера связываются  между собой системной шиной, предназначенной для обмена данными, адресной и  управляющей информацией между составными частями ЭВМ. При такой организации в  любой момент может быть установлена связь только между двумя модулями ЭВМ.  Системная шина определяет общий порядок обмена между любыми блоками компьютера, а также максимальное количество используемых устройств ввода­вывода. Она включает в  себя шину адреса (ША), шину данных (ШД) и шину управления (ШУ), содержащую набор  линий, по которым передаются управляющие сигналы между блоками компьютера.  Специфика каждого конкретного блока учитывается особыми управляющими  устройствами – контроллерами, входящими в состав этих блоков, например, работой  жесткого диска управляет контроллер жесткого диска, используя информацию,  поступающую к нему от микропроцессора по системной магистрали.В состав  микропроцессора входят: 1­арифметико­логическое устройство (АЛУ), предназначенное  для выполнения арифметических и логических операций; 2 ­внутренняя  память   раздельное использование своих младших и старших байтов, обеспечивая тем самым  возможность обработки как 16­разрядных слов, так и байтов информации; 3­   устройство  управления, включающее в себя ­буфер команд, который представляет собой регистровую память объемом 6 байт, предназначенную для хранения выполняемой в данный момент  команды (аналогично регистру команд в структуре классической ЭВМ) и заполняемую  очередными командами из оперативной памяти по мере своего освобождения;  *дешифратор кода операций, определяющий тип выполняемой команды; блок управления  операциями, который на основании расшифрованного дешифратором кода операции  формирует управляющие сигналы, организующие работу всех блоков микропроцессора;4­ указатель команд (IP – instruction pointer), определяющий адрес выполняемой команды в  сегменте команд оперативной памяти; 5­   регистр флагов   (FLAGS), содержащий признаки  результата выполненных команд и некоторую управляющую информацию. Среди признаков результата отметим следующие: *блок сегментных регистров, состоящий из четырех 16­ разрядных регистров, каждый из которых содержит старшие разряды базового (начального) адреса сегмента оперативной памяти, выделяемого программе при ее выполнении:  кодового сегмента CS, в котором содержится код программы; сегмента данных DS;  сегмента стека SS и дополнительного сегмента данных ES; *шинный интерфейс, который  содержит схемы, обеспечивающие связь внутренней магистрали микропроцессора с  системной шиной.Существует  с 1944г. Разработана Джорджем Фон Нейманом.  , состоящая из восьми 16­разрядных регистров; четыре из них допускают       регистровая УУ организует автоматическое выполнение программ и функционирование  вычислительной машины. Основная задача УУ ­ выработка управляющих сигналов и  распределение их по цепям управления.АЛУ предназначено для выполнения  арифметических и логических операций над поступающими данными.Память представляет собой массив запоминающих элементов, организованных в виде запоминающих ячеек и  способных хранить некоторую единицу информации.УВв преобразует входящую  информацию в последовательность электрических сигналов. УВыв преобразует последовательность электрических сигналов в форму,  удобную для восприятия пользователем.Вместе УУ и АЛУ образуют ЦП(центральный  процессор).Концепция Фон Неймановской архитектуры предусматривает единственность  АЛУ и одну основную память. Это обстоятельство существенно усложняет реализацию  параллельных алгоритмов. Недостатки Информация попадает в память через АЛУ без изменений, занимая аппаратные  ресурсы. Наличие в памяти 2х типов: данные и команды. Достоинства Данные поступают в память из одного источника. Тоже происходит и при выводе