Решение дифференциальных уравнений Примеры решения типовых задач Курс практики по математике Инженерная графика Машиностроительное черчение История дизайна Архитектура ПК Лабораторные работы Курс лекций по физике теплоэнергетика
USB-накопитель на флеш-памяти Кэш центрального процессора Дисковая подсистема ПК Понятие архитектуры и структуры ЭВМ Внешние интерфейсы Жесткий магнитный диск Визуализация трехмерных изображений

Курс лекций по персональному компьютеру

Понятие архитектуры и структуры ЭВМ. Архитектура фон Неймана.

Архитектурой компьютера считается его представление на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы организации памяти и т.д. архитектура определяет принципы построения, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного запоминающего устройства, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры различных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Структура компьютера – совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства – от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Архитектура фон Неймана

В основе построения большинства компьютеров лежат принципы, сформулированные в 1945 г. Американским ученым Джоном фон Нейманом.

Принцип программного управления. Из него следует. Что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. Так как команды расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если после выполнения команды следует перейти не к следующей, а к какой-то другой, используют команды условного и безусловного переходов (ветвление), которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащий следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается по достижении и выполнении команды stop. Таким образом процессор выполняет программу автоматически без участия человека.

Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что храниться в данной ячейки памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять те же действия, что и над данными. Это открывает ряд возможностей. Например, программа в процессе выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции – перевода программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них значениям можно было обратиться или изменить их значение с использованием присвоенных имен.

Компьютеры, построенные на Этих принципах относятся к типу фон-неймановских. Существуют и другие классы компьютеров, отличающиеся от фон-неймановских. В них ,например, может не выполняться прицип программного управления, т.е. они могут работать без счетчика команд.

Организация классы архитектур ЭВМ. Организация функционирования ЭВМ с магистральной структурой

Архитектура «Звезда» здесь ЦУ соединено непосредственно с ВУ и управляет их работой. (ранние модели машин).

Классическая архитектура фон Неймана. – одно арифметико-логическое устройство (АЛУ) и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд (программа). Это однопроцессорный компьютер. Вычислительная машина включает пять базовых компонент и состоит из следующих типов устройств:

Центральный процессор (ЦП, CPU),включающий АЛУ и УУ

Запоминающие устройства, включающие ОП и внешние ЗУ


Устройства ввода вывода – внешние (периферийные) устройства (ВУ)


Иерархическая структура – ЦУ соединено с периферийными процессорами, управляющими в свою очередь контроллерами, к которым подключены группы ВУ

Понятие процессор является многоплановым. В самом общем случае это вычислительное устройство. Существует несколько типов процессоров, например центральный процессор (ЦП), процессор ввода-вывода (ПВВ), вспомогательный процессор (сопроцессор), цифровой процессор обработки сигналов (ЦПОС) и т.д. Обычно, если не подразумевается определенная специализация, то имеется в виду именно ЦП. Это основной рабочий элемент ЭВМ. В его состав входят арифметико-логическое устройство и устройство управления. Иногда в состав ЦП включают ту часть оперативной памяти, которая используется для хранения команд и данных при текущем исполнении процессором
Курс лекций по персональному компьютеру