Тема 4. Понятие и основные виды архитектуры эвм. (архитектура и принципы архитектуры Дж.Фон Неймана)

Термин архитектура исп.для описания наиб общего принципа действия,конфигурации и взаимного соедин основных логиче узлов электронно-вычислит машины(ЭВМ).Это понятие раскрывается путем постулирования принципов и параметров ЭВМ,таких как:структура памяти,способы доступа к памяти и внешн устр-ам,возможность измен конфигурации компа,сис-ма команд,форматы данных,организация интерфейса и др.это также совокупность св-в и хар-к,рассматриваемая с точки зрения пользователя.

Концепцию классической архитектуры цифровой ЭВМ сформулировал Дж. Фон Нейман в 1946 Фундаментальные положения по архитектуре ЭВМ состоят:В применении двоичной системы счисления в работе ЭВМ;Программном управлении работой ЭВ (программа содерж инструкции, исполняемые автоматич в заданной последовательности);Принципе хранимых программ и данных в запоминающем устр-ве машины,обладающем высокой скоростью выборки и записи;Однотипном представлении в двоичном коде инструкций программ и обрабатываемых ими данных;Принципе иерархичности памяти в связи с технич проблемами реализации емкого и быстродействующ запомин устр-ва–min 2 уровня(основн и внешн память);Принципе адресности основн памяти(ячейки памяти доступны программе по двоичному адресу или по имени,кот. Присваивается в программе и сохр на протяжении всего времени выполнения программы)

ЭВМ имеет модульную архитектуру и вкл в себя:блок управления,арифметическое устр-во,память,устр-во ввода программ и данных,устр-во вывода рез-ов,а также пульт ручного управления.

Архитектура ЭВМ,построенной на принципах фон Неймана(устр-во управления=блок управления)

Блок управления обеспеч управление всеми устр-ми компа.Арифметическое(арифметико-логическое)устр-во выполняет арифметические и логические операции обработки инфы,хранящейся в памяти компа.Управляющее устр-во–обеспечивает управление и контроль всех устр-в компа(управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками).В современных ЭВМ арифметико-логическое устр-во и блок управления объединены в процессор,кот выполняет обработку данных,а также осуществл с помощью программы управления работой др блоков компа.В памяти ЭВМ данные и программы представлены в двоичной форме. Для ввода и вывода инфы ис. спец программы и данные имеют однотипный ввод в комп.Память компа структурирована на основн(оперативную)и внешн(запоминающее устр-во).

Выделяют следующие устр-ва памяти,кот Отличаются скоростью считывания и записи инфы,а также емкостью:оперативные (ОЗУ),сверхоперативные(СОЗУ),постоянные(ПЗУ) и внешние(ВЗУ)запомин устр-ва.В СОЗУ хранится небольш объем данных,используемых процессором в ближайшие такты его работы.В ОЗУ представляется инфа,непосредственно используемая в текущем сеансе работы компа.Эта память явл энергозависимой,при выкл компа она стирается.ПЗУ обеспеч работу быстродействующей памяти небольшого объема,кот сохр свое содержимое.ВЗУ обеспеч работу самой медленной памяти самой большой емкости.

Устр-ва ввода инфы разнообразны в зависимости от вида инфы.В кач-ве устр-ва ввода символьной инфы часто исп клавиатура,а для ввода графической информации–сканеры,дигитайзеы,видео- и веб-камеры,графич планшет и световое перо.Для ввода звуковой инфы служит аккордовая клавиатура,спикеры(микрофоны), диктофон и др.

Для ввода визуальной инфы исп печатающее устр-ва(принтер) или монитор, графопостроитель(плоттер).Вывод звуковой инфы требует наличия спец мультимедийной аппаратуры–динамиков,акустических колонок и наушников.

Архитектура ЭВМ Дж фон Неймана полностью соответст ЭВМ 1ого и 2ого поколения.Разработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислит устр-в оказались настолько фундаментальными,что получили в лит-ре название“фон-неймановской архитектуры”. Подавляющее большинство вычислит машин на сегодня–фон-неймановские машины.

Тема 5.Состав, назначение, характеристики и принципы работы основных элементов персонального компьютера. (структурная схема ПК, микропроцессор, его функциональные части и характеристики, системная плата, аппаратные интерфейсы, уровни памяти компьютера: микропроцессорная, основная, внешняя, назначение и характеристики устройств ввода-вывода, системы мультимедиа

Структурными компонентами ПК,опред-ми знач осн параметров,явл микропроцессоры,системные чипсеты и интерфейсы.Компоненты микропроцессора:

Устр-ва управл формир сигналы в зависимости от кода текущей операции и результатов предыдущих операций,адреса ячеек памяти,исп выполняемой операцией,передает эти адреса в соответств блоки компа.Опорную последоват-ть импульсов устр-во управл получ от генератора тактовых импульсов.

Арифметико-логич устр-во выполн все арифметич и логич операции над числовой и символьной инфой,м.б.связано с матем сопроцессором.Микропроцессорная память(МПП)предназнач для кратковрем хранения,записи и выдачи инфы,непосредственно исп в ближайшие такты работы машины;МПП строится на регистрах для обеспеч высокого быстродейств машины.Интерфейсная сис-ма микропроцессора предназнач для сопряж и связи с др устр-ми ПК;вкл в себя внутр интерфейс.

Функциональные части микропроцессора.Оперативная,содерж устр-во управл,АЛУ и МП(за искл неск адресных регистров);Интерфейсная:предназнач для связи и согласов микропроцессора с системн шиной ПК,для приема,предварит анализа команд выполняем программы и формир полных адресов операндов и команд.Включ в себя адресные регистры МПП,узел формир адреса,блок регистров команд,явл буфером команд в микропроцессоре(регистры памяти для хранения кодов команд,выполн в ближайшее такты),схемы управл шиной и портами ввода/вывода(обесп-ют обмен инфой микропроцессора с др устр-ми)

Схема управл шиной и портами выполн 3 ф-ии:1.формир адреса порта и управ-ей инфы для него;2.прием управ-ей инфы от порта,инфы о готовности порта и его сост;3.орган-ия сквозного канала в системн интерфейсе для передачи данных м/у портом устр-ва ввода/вывода и микропроцессором.

Системные платы.Системная матер плата–важ-шая конструктивная часть ПК,кот объедин и обеспеч взаимодейств большинства устр-в машины.К СП подключ микропроцессор,набор системных микросхем ПЗУ,энергонезавис памяти CMOS,кэш-памяти 2го и 3го уровня;модули ОЗУ,системн,локальн и периферийн интерфейсов,мультимед устр-в и т.д.Набор системных микросхем(чипсет)и микропроцессорный разъем опред тип микропроцессоров,кот можно устанавлив на плате.

Важнейш параметры СП:тактовая чистота(FSB),на кот работает системн шина;Тип процессорного разъема,определяющ порядок взаимодейств с шинами данных,оператив памятью;Типоразмер(форм-фактор);Чипсет на СП опр тактовую частоту системн шины СП,влияет на работу микропроцессора,взаимодейств с ОЗУ и др компонентами ПК.

Наборы микросхем опред след функциональн возможн СП:Типы поддержания процессов,Структура и объем кэш-памяти,Возможн сочетания типов и объемов модулей оператив памяти,Поддержка режимов энергоснабжен,Возможн программной настройки параметров.

Чипсеты СП сост из 2х базовых микросхем с условн именами«северный мост» и «южный мост».1ый обеспеч управлен шиной оператив памяти,интерфейсными шинами PCI и AGP и системн шиной микропроцессора.2ой имеет в своем сост контроллеры(адаптеры)дисководов,клавиатуры,мыши;управл интерфейсными шинами.

Интерфейсы.Для эффективн взаимодейств компонентов ПК исп интерфейсы,кот обеспеч с помощью проводов,разъемов устр-в сопряжения и связи,протоколов взаимодейств,стандартов сигналов и соединений.В завис от колич хар-ки связи можно выделить 1 и много-связный интерфейсы.1связный осн на связи устр-в через общий интерфейс, а многосвязный предпола,что кажд блок ПК связ с др блоками собственным локальн интерфейсом.Устр-ва ПК по местоположению на 2 класса:внутри системн блока;за пределами системн блока(периферийный).Устр-ва внутри системн блока могут иметь локальн интерфейс;а периферийные устр-ва–периферийный интерфейс.

Уровни памяти компьютера: микросенсорная, основная и внешняя.К этим уровням добавл промежуточн буферная или кэш память.+ многие устр-ва ПК имеют собств локальн память.

Оперативная память ПК может формироваться из микросхем динамического(DRAM) или статического(SRAM)типа.

SRAM построены на осн триггеров(схем с 2 устойчив сост),после записи бита такая память может долго пребывать в этом сост при усл наличия питания.DRAM построены на осн полупроводниковых обл с хранением зарядов–конденсаторов,занимающ меньшую площадь,чем триггеры.И практич не потребляющ энергии при хранении.

Кэш-память(«тайник»)имеет неск уровней,явл высокоскоростной,созд на осн микросхем SRAM,имеет сравнит большой размер и выступает в кач-ве буфера между оператив памятью и микропроцессором,позволяя увелич производ-ть ПК.По принципу записи инфы в кэш-память:кэш-память с обратн записью–результаты операций в микропроцессоре фиксир в кэш-памяти,затем контроллер кэш-памяти запис их в оперативн память;кэш-память со сквозной записью–результаты операций в микропроцессоре одноврем запис в оператив и кэш-память. Модули оператив памяти:с контролем или без контроля четности хранимых данных.Структуро осн память сост из оператив и постоян запоминающ устр-в.

Основная память(ОП) предназнач для хранения и оператив обмена инфой с проч блоками машины.ОП содерж 2 вида запомин устр-в:постоян запоминающ устр-во(ПЗУ)и оператив запомин устр-во(ОЗУ).ПЗУ(ROM—Read Only Memory)предназнач для хранения неизмен(пост) программной и справочн инфы позволяет оперативно только считывать инфу,хранящ в нем(измен инфу в ПЗУ нельзя).ОЗУ(RAM—Random Access Memory)предназнач для оперативн записи,хранения и счит инфы(программ и данных),непосредственно участвующ в информационно-вычислит процессе,выполняемом ПК в текущ период времени.Достоинства оперативной памяти: высокое быстродейств и возможн обращ к кажд ячейке памяти отдельно(прямой адресный доступ к ячейке).Недостаток:невозможн сохр инфы после выключ питания машины(энергозавис).

Внешняя память относ к внешн устр-ам ПК и исп для долговременного хранения инфы,кот может когда-л потребоваться для решения задач.здесь хранится все ПО компа. Внешн память содерж разнообр виды запоминающ устр-в,наиб распростр-накопители на жестких(НЖМД) и гибких(НГМД)магнитн дисках.Назначение этих накопителей:хранение больш объемов инфы,запись и выдача хранимой инфы по запросу в оператив запоминающ устр-во.Различ НЖМД и НГМД конструктивно,объемами хранимой инфы и временем поиска,записи и считыв инфы. В кач-ве устройств внешн памяти исп также накопители на лазерн оптич дисках(CD-ROM) и реже—запоминающ устр-ва на кассетной магнитной ленте(стримеры).Источник питания—блок,содержащ сис-мы автономного и сетевого энергопитания ПК.