2. Архитектура и структура вычислительных машин и систем
Простейшие представления об архитектуре ЭВМ и систем
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.
Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.
Архитектура ЭВМ характеризует состав и топологию соединения и взаимодействия данных устройств. Основные типы архитектур следующие: «звезда», иерархическая, магистральная.
Рис. 1. Основные классы архитектур ЭВМ
— архитектура «звезда» (рис. 1а): ЦУ соединено непосредственно с ВУ и управляет их работой (ранние модели машин);
— иерархическая (рис. 1б) - ЦУ соединено с периферийными процессорами (вспомогательными процессорами, каналами и пр.), управляющими в свою очередь контроллерами, к которым подключены группы ВУ (системы IBM 360-375);
— магистральная (общая шина - unibas, рис. 1в) - процессор (процессоры) и блоки памяти (ОП) взаимодействуют между собой и с контроллерами ВУ через внутренний канал, общий для всех устройств (машины DEC, ПЭВМ IBM PC-совместимые).
Внешние устройства (ВУ) разделяются на 3 группы:
— устройства ввода информации;
— устройства вывода информации;
— устройства хранения;
— интерактивные устройства (ввода/вывода).
В управляющих ЭВМ (технологические процессы, связь, ракеты и пр.) внешними устройствами ввода являются датчики (температуры, давления, расстояния и пр.), вывода - манипуляторы (гидро-, пневмо-, серво-приводы рулей, вентилей и др.).
В универсальных ЭВМ (человеко-машинная обработка информации) в качестве ВУ выступают терминалы, принтеры и др. устройства.
Процессор (центральный процессор) – основной вычислительный блок компьютера, состоящий из:
· устройства управления с интерфейсом процессора (системой сопряжения и связи процессора с другими узлами машины);
· арифметико-логического устройства (АЛУ)
· процессорной памяти
Процессор является устройством, выполняющим все функции элементарной вычислительной машины
Внешние устройства обеспечивают эффективное взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления, другими машинами. В состав внешних устройств обязательно входят внешняя память и устройства ввода-вывода.
Каналы связи (внутримашинный интерфейс) служат сопряжения центральных узлов машины с ее внешними устройствами
Оперативная память – запоминающее устройство, используемое для оперативного хранения и обмена информацией с другими узлами машины