Архитекту́ра компью́тера — набор типов данных, операций и характеристик каждого отдельно взятого уровня. Архитектура связана с программными аспктами. Аспекты реализации (например, технология, применяемая при реализации памяти) не являются частью архитектуры[1].
Цифровой логический уровень, это аппаратное обеспечение машины, состоящий из вентилей. См. также Логические элементы (защелки), триггеры, регистры
Микроархитектурный уровень, интерпретация(микропрограммы) или непосредственное выполнение. Электронные схемы исполняют машинно-зависимые программы. Совокупность регистров процессора формирует локальную память. Смотрим также арифметико-логическое устройство.
Архитектура ЭВМ
Содержание
1.
Понятие архитектуры ЭВМ
Классическая архитектура ЭВМ. Принципы
фон Неймана
Схема ПК
2.
3.
Понятие архитектуры ЭВМ
Под архитектурой ЭВМ понимают
описание устройства и работы
компьютера, достаточное для
пользователя и программиста.
Понятие архитектуры не включает в себя
технические детали организации ЭВМ,
электронные схемы и т.д.
Понятие архитектуры отражает
движение информации в компьютере.
Понятие архитектуры ЭВМ
Толковый словарь по вычислительным
системам предлагает следующее
определение термина:
«Архитектура ЭВМ используется для
описания принципа действия,
конфигурации и взаимного соединения
основных логических узлов ЭВМ».
Понятие архитектуры ЭВМ
Учебник А.В.Могилева дает следующее
определение:
«Архитектура — это наиболее общие
принципы построения ЭВМ, реализующие
программное управление работой и
взаимодействием основных ее
функциональных узлов».
Классическая архитектура ЭВМ.
Принципы фон Неймана
Американский математик Джон фон
Нейман в 1946 г. в классической статье
«Предварительное рассмотрение
логической конструкции электронно
вычислительного устройства» совместно
с Г.Голдстайном и А.Берксом предложил
идею принципиально новой ЭВМ.
Выдвинутые идеи актуальны и сегодня.
Принципы фон Неймана
1.Программное управление работой ЭВМ.
Программа состоит из команд.
Все команды образуют систему команд
машины.
Команды программы последовательно
считываются из памяти и выполняются.
Адрес очередной команды хранится в
счетчике команд.
Принципы фон Неймана
2.Принцип хранимой программы.
Команды представляются в числовой
форме и хранятся в той же памяти, что и
данные.
Принципы фон Неймана
3.Принцип условного перехода.
Можно нарушить естественную
последовательность команд в программе.
Используется в командах безусловного и
условного переходов
Принципы фон Неймана
4.Использование двоичной системы
счисления для представления
информации в ЭВМ.
Ее просто реализовать технически для
выполнения арифметических и
логических операций.
Ранее ЭВМ обрабатывали числа в
десятичном виде.
Принципы фон Неймана
Принцип иерархичности ЗУ.
1 уровень — Быстродействующее ОЗУ —
небольшой емкости для операндов и
команд, участвующих в счете в данный
момент,
2 уровень — внешнее ЗУ большей
емкости.
Иерархичность ЗУ в ЭВМ это компромисс
между емкостью и быстрым доступом к
данным.
Принципы фон Неймана
Фон Нейман предложил структуру ЭВМ.
Она использовалась в первых двух
поколениях ЭВМ.
Стрелки отражают движение
информации.
Схема фон Неймана
Устройство
ввода
Внешнее
запоминающее
устройство
Устройство
вывода
Процессор
АЛУ
УУ
Оперативное
запоминающее
устройство
Устройства
Процессор. Программноупраляемое
устройство, обрабатывает данные и управляет
работой компьютера.
Состоит из устройства управления (УУ) и
арифметикологического устройства (АЛУ).
УУ управляет работой компьютера,
взаимодействием компонентов друг с другом.
АЛУ исполняет арифметические и логические
операции.
Устройства
Оперативное запоминающее устройство.
Хранит информацию, с которой
компьютер работает в данное время:
программу, исходные данные,
промежуточные и конечные результаты
счета.
Эта память небольшого объема,
энергозависима.
Устройства
Внешнее запоминающее устройство.
Это были магнитные устройства для
долговременного хранения информации.
Большего объема, более медленные.
Магнитные барабаны, ленты, диски.
Магнитный барабан 1 электродвигатель 2
цилиндр барабан 3 магнитные головки 4
дорожки 5 ось магнитного барабана 6 станина
корпус
Устройства ввода информации.
Перфокарты,
перфоленты,
клавиатура.
Устройства вывода информации.
АЦПУ,
дисплей,
принтер.
Разработанная фон Нейманом архитектура
оказалась фундаментальной.
Его идеи используются и в современных
компьютерах.
Исключение составляют системы
параллельных вычислений, где отсутствует
счетчик команд.
Новые архитектурные решения очевидно
будут использованы в машинах 5 поколения
3. Схема микрокомпьютера 4
поколения
В архитектуре персональных машин
реализован магистрально модульный
принцип:
Все устройства выполнены в виде
самостоятельно работающих модулей
Для связи всех устройств компьютера
используют шину, магистраль, по которой
передаются данные, адреса и
управляющие сигналы.
Эту архитектуру еще называют открытой,
так как систему легко пополнить новыми
периферийными устройствами.
Компонеты PC
Системная плата — ядро системы. Главная деталь, с ней
все соединяется, она управляет всеми устройствами
системы. Содержит следующие компоненты:
1. Гнездо процессора;
2. Преобразователи напряжения питания процессора;
3. Набор микросхем системной логики;
4. Кэшпамять второго уровня;
5. Гнезда памяти;
6. Разъемы (слоты) шины;
7. ROM BIOS;
8. Батарея для питания часов;
9. CMOS;
10. Микросхема вводавывода.
Внешний вид системной
платы asus P5LD2 C
Набор микросхем системной логики –
основа системной платы, управляет ЦП,
шиной процессора, кэшпамятью второго
уровня, оперативной памятью, шиной PCI,
ISA, ресурсами системы.
Определяет возможности системной
платы, поддерживаемые типы
процессоров, памяти, плат расширения,
дисководов и т.д.
Процессор intelr pentiumr 4
3000E 1Mb 800MHz 478 pin
Процессор. Двигатель компьютера. Эта
микросхема выполняет команды программного
обеспечения. Содержит миллионы
транзисторов, которые выгравированы на
кристалле кремния.
Оперативная память. Системная память,
память с произвольным доступом. Это
основная память, в которую записываются
программы и данные, используемые
процессором во время обработки.
Модули памяти относятся к одному из
двух типов:
SIMM (Single Inline Memory Module) —
одиночный встроенный модуль памяти и
DIMM (Dual Inline Memory Module) —
двойной встроенный модуль памяти.
Корпус. Внутри корпуса размещается
системная плата, источник питания,
дисководы, платы адаптеров и другие
компоненты системы.
Источник питания. От источника
питания напряжение подается к
каждому отдельному компоненту.
Преобразует напряжение переменного
тока в постоянное 3,3, 5 и 12 в.
Дисковод гибких дисков.
Накопитель на жестких дисках. Главный
носитель информации в системе.
Накопитель CDROM. Накопители CDROM и
DVDROM (Digital Versatile Disc — цифровой
универсальный диск) устройсва со сменными
носителями информации большой емкости с
оптической записью информации.
На них распространяется дистрибутивное ПО.
Клавиатура. Основное устройство, с его помощью
пользователь управляет системой.
Мышь. Координатно указательное устройство.
Видеоадаптер. Управляет отбражением информации на
мониторе. Состоит из видеочипа – набор микросхем
системной логики, оперативной видеопамяти,
цифроаналогового преобразователя, BIOS. Видеочип
упрвляет отображением информации на экране,
записывает данные видеопамять. ЦАП читает данные из
видеопамяти и преобразует их из цифровой формы в
аналоговые сигналы управления монитором. BIOS
содержит первичный драйвер, кторыйпозволяет монитору
работать во время загруки в текстовом режиме. Затем с
диска загружается более совершенный драйвер, который
позволяет работать дисплею в сложном видеорежиме.
2.
3.
Монитор. Мониторы клссифицируют по трем параметрам:
1.
Размер по диагонали от 14 до 21 дюйма;
Разрешающая способность от 640х480 до 1600х1200
пикселей. Сначала размер по горизонтали, затем по
вертикали. Каждый пиксель монитора состоит из 3х
элементовточек, по одной для каждого цвета красного,
синего и зеленого.
Частота регенерации изображения от 60 о 100 гц. Она
показывает как часто дисплей повторно отображает
содержание видеопамяти. Частота регенерации и
разрешающая способность определяются
видеоадаптером.
Устройства вводавывода подключаются
через контроллеры внешнего устройства.
Это специализированный процессор,
который управляет периферийным
устройством, имеет собственную систему
команд.
Например, контролер дисковода умеет
позиционировать головку на нужную
дорожку диска, читать и записывать
сектор и т.д.
Наличие интеллектуальных внешних устройств
изменило принцип обмена информацией. ЦП
дает задание на обмен информацией
контроллеру, а далее контролер сам производит
обмен без участия ЦП.
Стали возможны прямые информационные
связи между устройствами, передача данных из
внешних устройств в ОЗУ и наоборот. Этот
режим называется прямым доступом к памяти.
мы упрощенно предполагали, что все устройства
взаимодействуют через общую шину. При
увеличении количества устройств, основная
магистраль перегружается, тормозит работу
компьютера.
В состав ЭВМ включаются дополнительные
шины: для обмена процессора с памятью, для
связи с быстрыми внешними устройствами, для
связи с медленными устройствами.
Для режима прямого доступа к памяти
требуется высокоскоростная шина данных ОЗУ.
архитектура эвм.ppt
