- •394026 Воронеж, Московский проспект, 14 Оглавление
- •1. Принципы организации электронных вычислительных машин 23
- •2. Функциональная организация 37
- •3. Структурная организация электронных вычислительных машин 111
- •4. Организация процессоров 157
- •5. Организация операционных устройств 206
- •6. Организация памяти электронных вычислительных машин 264
- •Введение
- •1.Принципы организации электронных вычислительных машин
- •1.1Основные факторы, определяющие принципы организации электронных вычислительных машин
- •1.2Состав устройств, структура и порядок функционирования электронных вычислительных машин
- •1.3Основные технические характеристики вычислительного комплекса
- •2.2Режимы работы электронных вычислительных машин (организация вычислительных процессов)
- •2.3Средства мультипрограммирования
- •2.4Организация системы прерываний
- •2.5Многоуровневая организация памяти электронных вычислительных машин
- •2.6Средства защиты основной оперативной памяти
- •2.7Защита информации в персональных электронных вычислительных машинах ibm pc
- •2.8Машинные элементы информации
- •2.9Представление данных в электронных вычислительных машинах
- •2.9.1Представление чисел
- •2.9.2 Представление текстовой информации и логических значений
- •2.10 Форматы команд и машинные операции
- •2.11 Способы адресации информации в памяти электронных вычислительных машин
- •2.12 Организация адресного пространства внешней памяти. Виртуальная организация памяти
- •2.13 Особенности архитектуры персональных электронных вычислительных машин типа ibm pc
- •3.Структурная организация электронных вычислительных машин
- •3.1Понятие структурной организации электронных вычислительных машин
- •3.2Классы устройств электронных вычислительных машин
- •3.3Магистрально-модульный принцип построения электронных вычислительных машин. Понятие интерфейса
- •3.4Типовые конфигурации (структуры) однопроцессорных вычислительных комплексов
- •3.5Структуры мультипроцессорных и мультимашинных вычислительных комплексов
- •3.5.1Многомашинные вычислительные комплексы
- •3.5.2Мультипроцессорные вычислительные комплексы
- •3.5.3Мультипроцессорный вычислительный комплекс с раздельной памятью
- •3.6Нейрокомпьютеры
- •4.Организация процессоров
- •4.1Цикл выполнения команд
- •4.2Конвейерная организация процессоров
- •4.3Особенности организации современных процессоров
- •4.4 Эволюция способов организации процессоров
- •5.Организация операционных устройств
- •5.1Принцип микропрограммного управления (функциональная организация операционных устройств)
- •5.2Средства описания функций операционных устройств
- •5.3Структурная организация операционных устройств
- •5.4Функция и структура операционного автомата
- •5.5Организация работы операционных устройств во времени
- •5.6Структурный базис операционного автомата
- •5.7Организация операционного автомата
- •5.8Понятие микропроцессора
- •5.9Организация управляющего автомата
- •5.9.1Организация управляющего автомата с программируемой логикой управления
- •5.9.2Укрупненная структура управляющего автомата с программируемой логикой
- •5.9.3Управляющие автоматы с жесткой логикой управления
- •5.9.4С равнение характеристик управляющих автоматов с программируемой и жесткой логикой
- •6.Организация памяти электронных вычислительных машин
- •6.1Основные понятия
- •6.2Организация и основные характеристики запоминающих устройств
- •6.3Классификация запоминающих устройств
- •6.4Организация памяти первого уровня
- •6.5Организация адресных (сверхоперативных) запоминающих устройств
- •6.6Запоминающие устройства с ассоциативной организацией
- •6.7Организация кэш–памяти на основе ассоциативного запоминающего устройства (кэш с ассоциативной организацией)
- •6.8Организация стековых (магазинных) запоминающих устройств
- •6.9Организация памяти второго уровня (основной оперативной памяти)
- •6.10Организация памяти третьего уровня (внешней памяти)
- •6.10.1Классификация и основные характеристики внешних запоминающих устройств
- •6.10.2Организация накопителей на магнитных дисках
- •6.10.3 Организация накопителей на магнитной ленте
- •6.10.4 Организация оптических дисков
- •Библиографический список
6.Организация памяти электронных вычислительных машин
6.1Основные понятия
К числу основных относятся следующие понятия: запоминающий элемент (ЗЭ), ячейка памяти, запоминающее устройство (ЗУ), память ЭВМ.
Определение 1 памяти (ГОСТ): память – это часть ЭВМ, предназначенная для запоминания и выдачи информации. Функции памяти: 1) хранение информации; 2) прием информации по запросу – запись; 3) выдача информации по запросу – чтение. Операции чтения и записи информации в память принято называть обращением к памяти.
Запоминающий элемент – это место хранения бита информации. Типичный пример ЗЭ – триггер. На основе ЗЭ организуется хранение более крупных единиц информации – слов.
Ячейка памяти – это фиксированная совокупность ЗЭ, обращение к которым производится одновременно как единому целому. Ячейка памяти – это место хранения слова информации.
Доступ к информации, хранимой в ячейках памяти, обычно организуется по адресному принципу: ячейки памяти нумеруются числами 0, 1, …, Е-1, номер ячейки называют ее адресом. Количество ячеек памяти Е – емкость памяти – и длина адреса связаны отношением Е = 2 m , m – длина адреса в битах. Таким образом, адресуемым элементом памяти является ячейка, а единицей обмена с памятью является слово: за одно обращение к памяти можно прочитать или записать одно слово информации.
Следует отметить, что в памяти третьего уровня (во внешней памяти) адресуются более крупные единицы информации – блоки, состоящие из фиксированного количества слов. Совокупность ЗЭ, предназначенная для хранения блока информации, в этом случае также можно считать ячейкой памяти, так как обращение к нему осуществляется как к единому целому: за одно обращение можно записать или прочитать один блок. Блок является единицей обмена с внешней памятью. Блоки как ячейки памяти нумеруются номерами 0, 1, …, Е-1 и рассматриваются как адреса блоков.
Доступ к ячейкам памяти с заданным адресом А обеспечивается схемой селекции, которая выбирает одну из ячеек при обращении с целью записи или чтения слова (блока) информации. В простых случаях схема селекции выполняется на основе дешифратора, в более сложных случаях кроме дешифратора используются и другие схемы и механизмы.
Определение ЗУ. Совокупность ячеек памяти, объединенных в единое целое схемой селекции, называется ЗУ.
Второе определение памяти. Память ЭВМ – это совокупность ЗУ, объединенных в единую систему, управляемую ЦП.
6.2Организация и основные характеристики запоминающих устройств
Всякое ЗУ состоит из двух частей: запоминающей части ЗЧ и блока управления БУ (рисунок 6.1). Блок управления БУ обеспечивает выбор ячейки с адресом А, т.е. доступ к этой ячейке, и управление операциями чтения или записи по запросам ЧТ или ЗП: Операция чтения обеспечивает выдачу слова информации из ячейки с адресом А на выходную шину: ЧТ: ВЫХ := [A]. Операция записи обеспечивает прием слова со входной шины и запись его в ячейку с адресом А: ЗП: [A]: = ВХ. Доступ к ячейкам памяти обеспечивается схемой селекции, входящей в состав БУ
Основные характеристики ЗУ: емкость, быстродействие, надежность, стоимость.
Емкость ЗУ определяется количеством ячеек, т.е. максимальным количеством информации, которая одновременно может храниться в ЗУ.
Быстродействие ЗУ определяется количеством операций обращения в единицу времени и зависит от продолжительности одной операции обращения: Vзу = 1/tобр.
В общем случае время обращения различно при выполнении операций ЧТ и ЗП:
tобрчт = д + чт + рег,
tобрзп = д + подг + зп (6.1)
Здесь tд ‑ время доступа к информации (к ячейке ЗУ); чт ‑ время выдачи содержимого ячейки на выходную шину ЗУ; рег ‑ время регенерации – повторной записи в ячейку информации, разрушенной при чтении (это время равно нулю, если чтение производится без разрушения информации); подг ‑ время на подготовку ячейки к записи новой информации. Подготовка, если она требуется, осуществляется путем стирания старой информации. Время подг =0, если стирания старой информации перед записью новой не требуется делать (например, в ЗУ на триггерах); зп ‑ время собственно записи слова с входной шины ЗУ в выбранную схемой селекции ячейку ЗУ.
В зависимости от времени обращения (от быстродействия) ЗУ делятся на три класса: сверхоперативные, оперативные и внешние.
Надежность ЗУ обычно характеризуется временем наработки на отказ.
Стоимость ЗУ – интегральная характеристика. Она зависит от емкости, быстродействия, надежности ЗУ. Чем лучше эти технические характеристики, тем выше стоимость.
Применительно к ЗУ используется понятие удельной стоимости: δ=S/E, где S - стоимость ЗУ. Под удельной стоимостью понимается стоимость хранения единицы информации: байта, КВ, МВ, ГВ.
Следует отметить, что δсозу>δозу>>δвзу.