Общая структурная схема ЭВМ

 Общая структурная схема ЭВМ

На основе неймановского принципа программного управления оп- ределяется структурной состав ЭВМ.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметиче- ские операции – сложение, вычитание, умножение и логические опера- ции (обработка кодов чисел с помощью Булевой алгебры – «И», ИЛИ»).

Устройство yпpaвления (УУ) является организующим и направляю- щим устройством ЭВМ. Оно обеспечивает управление и контроль всех устройств, входящих в ЭВМ. Арифметико-логическое устройство и уст- ройство управления образуют процессор ЭВМ. Процессор на одной или нескольких интегральных схемах называется микропроцессором. Назна- чение процессора – реализация программного управления, т.е. выборка команд из памяти и их выполнение.

Запоминающие устройства (память) обеспечивают хранение исход- ных и промежуточных данных, результатов счислений, а также про- грамм. Они делятся на оперативные (ОЗУ), постоянные (П3У) и внешние (ВЗУ).

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), называемые также статической памятью, служат для постоянного хранения информации, которая записывается при изготовлении и не подлежит изменению поль- зователем (например, BIOS). Следовательно, прочитать эту информа- цию можно, а изменить нельзя. Даже при выключении питания инфор- мация в ПЗУ остается, в этом состоит отличие ПЗУ от ОЗУ.

Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), называемые также динамической памятью, предназначены для записи, хранения и считы- вания информации в процессе работы ПК, при выключении питания вся информация из ОЗУ разрушается. ОЗУ – устройство, способное рабо- тать с высоким быстродействием. Они обычно дороги и не обладают не- обходимыми характеристиками по объему хранимой информации. По- этому для хранения больших объемов информации приходится приме- нять более дешевые, но и значительно менее быстродействующие уст- ройства – внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

В качестве ВЗУ (внешней памяти) используются магнитные носите- ли – ленты и диски. Они предназначены для длительного хранения больших объемов информации, а также для переноса информации с одного компьютера на другой. ВЗУ не обладают нужными характеристи- ками по скорости и поэтому не могут согласованно работать вместе с процессором. Поэтому в ЭВМ применяется многоуровневая память. Не- посредственно доступна процессору только информация, хранящаяся в

ОЗУ. При необходимости использования информации из ВЗУ делается ее пересылка в ОЗУ. ВЗУ имеют много общего с устройствами ввода – вывода (УВВ). Поэтому в дальнейшем устройства этих двух классов на- зовем единым термином – периферийные устройства (ПУ).

Как правило, память ОЗУ и микропроцессор конструируются в виде электронных микросхем и информация в них представляется в виде ло- гических сигналов, выраженных посредством электрических уровней на- пряжения. ПЗУ и ВЗУ в качестве носителей информации могут исполь- зовать такие физические носители, как электрический заряд, направле- ние намагниченности используемого магнитного материала (доменные структуры), значение оптической поляризации (магнитооптические дис- ки) и т.д.

Устройства ввода используются для ввода в ЭВМ данных, необхо- димых для вычислительного процесса, а также программ, в соответст- вии с которыми выполняется решение задач. Для ввода информации используются клавиатура, дисковод (для считывания информации с магнитных дисков), магнитофон, сканер, CD-диск, стримеры и т.д.

Устройство вывода обеспечивает выдачу результатов решения за- дачи на ЭВМ в форме, удобной для человека-оператора. Для вывода информации используются дисплей (монитор), принтер, графопострои- тель, дисковод (для записи информации на магнитные диски) и т.д.

Таким образом, в состав ЭВМ входят устройства трех основных классов:

1)    операционные, предназначенные для выполнения обработ- ки информацией;

2)    запоминающие, предназначенные для хранения информа- ции (команд и данных),

3)    ввода – вывода, предназначенные для связи ЭВМ с окру- жающей ее средой, в том числе человеком.

Основным операционным устройством ЭВМ является процессор. Исходя из всего вышесказанного следует, что, несмотря на имеющиеся различия при решении тех или иных задач, все типы ЭВМ выполняют один набор основных функций: ввод информации, хранение, арифмети- ческие и логические преобразования, вывод информации и управление работой всех устройств, входящих в состав ЭВМ

При рассмотрении ЭВМ принято различать их архитектуру и струк- туру. Архитектура ЭВМ – понятие, охватывающее общую логическую ор- ганизацию ЭВМ, состав и назначение ее функциональных средств, принципы кодирования и т.п., т.е. все то, что однозначно определяет принцип обработки информации на данной ЭВМ.

Структура ЭВМ – набор элементов и связей между ними. Совмест- ное функционирование элементов, представляемое совокупностью фи- зических процессов, приводит к реализации заданных функций ЭВМ, т.е. к вычислениям на основе заданных алгоритмов.

Ввиду большой сложности современных ЭВМ принято представлять их структуру иерархически, т.е. понятие «элемент» жестко не фиксиру- ется. Так, на самом высоком уровне сама ЭВМ может считаться элемен- том. На следующем (программном) уровне иерархии элементами струк- туры ЭВМ являются память, процессор и другие операционные устрой- ства, устройства ввода – вывода. На более низком уровне (микропро- граммном) элементами являются узлы и блоки, из которых строятся па- мять, процессор и т.д. Наконец, на самых низких уровнях элементами являются интегральные логические микросхемы и электрорадиоэлемен- ты. Любой элемент ЭВМ, точно так же как и сама ЭВМ, характеризуется функциональным назначением и структурным построением.

Иерархичность функций и структур облегчает проектирование, ис- пользование и изучение ЭВМ и находит отражение в модульном прин- ципе построения самой ЭВМ и ее программного обеспечения.

При проектировании современных ЭВМ используется модульный принцип построения. Суть этого принципа сводится к тому, что ЭВМ со- стоит из набора устройств и блоков – модулей, реализующих закончен- ные функции и обладающих свойством независимости от других моду- лей в функциональном смысле. В конструктивном отношении модуль также представляет собой законченный конструктивный элемент. От- дельные модули могут быть соединены между собой в необходимую конфигурацию без изменения схем (функций) отдельных модулей.

Основное преимущество модульного принципа – возможность со- вершенствования ЭВМ без изменения ее функциональной организации путем замены отдельных блоков на новые (более быстродействующие, меньшие по размерам, потребляющие меньше энергии, более дешевые) или путем добавления новых модулей создание большого количества разных по характеристикам ЭВМ.

Кроме этого, такие ЭВМ наилучшим образом приспособлены к вос- становлению работоспособности при отказах за счет упрощения поиска неисправности и ремонта.