.RU

8. Понятие архитектуры и принципы устройства вычислительных систем - 1 семестр


^ 8. Понятие архитектуры и принципы устройства вычислительных систем
Обработка информации и представление результатов обработки в виде удобном для человека производится с помощью вычислительной техники. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой (ВС). Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер.

Компьютер – это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработка и транспортировки данных.

Архитектура ВС – это описание устройства ВС с точки зрения пользователя или программиста. Архитектура не включает в себя конструктивные особенности устройства машины, электронные схемы. Т. о. архитектура определяет логическую схему организации ВС, описывающую состав и взаимодействие основных компонентов ВС в ходе вычислительного процесса.

Современные ВС всегда рассматриваются как совокупность двух взаимодействующих компонентов: аппаратуры и программного обеспечения (ПО). Все свойства ВС определяются как аппаратными средствами, так и программным обеспечением.

Аппаратные средства (hardware) – это все физические (механические, электронные и т. п.) элементы, из которых построена машина, а программное обеспечение (software) – это комплекс программ, установленных на данной ВС, кроме того, к программному обеспечению относятся программная документация, инструкции, руководства пользователю и т. п.

^ Принципы устройства

По принципам устройства компьютер представляет собой модель человека, работающего с информацией. Существует четыре основных компонента информационной деятельности человека:

Компьютер включает в себя устройства, которые выполняют эти функции:


функция

устройство

прием (ввод) информации;

Устройства ввода

запоминание информации;

Память

процесс мышления, т. е. обработка информации;

Процессор

передача (вывод информации).

Устройства вывода



Процессор – устройство, которое автоматически выполняет действия, записанные в хранящейся в памяти программе. Т. е. процессор осуществляет непосредственную обработку данных, а память является хранилищем данных и программ. Эти устройства являются центральными устройствами. Кроме них, в состав ВС включаются внешние устройства, к которым относятся устройства ввода-вывода информации (УВВ), а также внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

Команды, из которых состоит программа, имеют структуру:

Код ОПерации

Адрес Операнда 1

Адрес Операнда 2

Команды и данные, над которыми выполняются команды, хранятся в специальном запоминающем устройстве – оперативной памяти. Всю память можно представить в виде линейного массива ячеек определенного размера. Ячейки последовательно пронумерованы, их номера называются адресами. Минимально адресуемой единицей памяти в большинстве современных ЭВМ является байт. Память характеризуется:

Память подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя память имеет относительно небольшую емкость и большое быстродействие. Внешняя память имеет более низкое быстродействие, но позволяет хранить очень большой объем информации. Во внешнюю память также записываются данные и результаты работы программ, но для выполнения операций над этой информацией, ее надо сначала записать во внутреннюю память, т. к. процессор имеет доступ только к ней. После окончания работы с этой информацией, ее снова надо записать во внешнюю память.

Процессор – это центральное устройство ЭВМ. Он состоит из устройства управления и арифметико-логического устройства. АЛУ выполняет арифметические и логические операции. УУ управляет работой всех блоков ЭВМ. В простейшем случае УУ имеет в своем составе три регистра (ячейки):

Работа процессора сводится к выполнению следующего цикла:

  1. УУ интерпретирует выбранную команду и формирует набор команд более низкого уровня для АЛУ и других устройств. Эти команды задают последовательность низкоуровневых операций, таких как сдвиг, пересылка и анализ признаков результата. Такие операции называются микрокомандами, а последовательность микроопераций, соответствующих одной команде называется микропрограммой.

  2. Содержимое считанной ячейки памяти помещается в регистр команды. После чего УУ по полю кода операции команды определяет ее длину. Вычисленная длина добавляется к программному счетчику и тем самым формируется адрес следующей команды.

  3. По адресным полям определятся, есть ли операнды и, если да, то они считываются из ОП.

  4. УУ и АЛУ выполняют операцию, указанную в КОП.

  5. УУ выполняет операцию записи результата выполнения команды в ОП.

Порядок выбора адресов из памяти определяет программа, которая располагается во внутренней памяти. В линейных программах команды выбираются из памяти последовательно, в разветвляющихся программах может происходить переход к ячейке памяти, расположенной в любом месте ОП. Такие команды называются командами передачи управления.

Выполнение основной программы может прерываться для выполнения какого-то другого срочного задания, например, передачи данных на устройство ввода-вывода. Такой режим работы называется прерыванием. После обслуживания прерывания процессор возвращается к выполнению отложенной программы. Запросы на прерывание могут возникать из-за сбоев в работе аппаратуры, деления на 0, требования внешним устройством выполнения операций ввода и т. д.

^ Принципы фон Неймана

Схема устройства компьютера, принципы которого были рассмотрены, была предложена американским математиком Джоном фон Нейманом в 1946 году. Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах.

  1. Принцип программного управления: процесс обработки информации в ЭВМ (вычислительный процесс) осуществляется в соответствии с заранее составленной программой. Команды, записанные в программе, выполняются друг за другом.

  2. Принцип хранимой в памяти программы. Он является следствием из описанной выше организации вычислительного устройства. Программа на время выполнения записывается в оперативную (т. е. непосредственно доступную процессору) память, там же хранятся и данные, обрабатываемые этой программой.

  3. Принцип использования двоичной системы для кодирования данных и команд программы.

  4. Наличие единого вычислительного устройства, которое включает в себя процессор, средства передачи информации (шину) и память.

Связь между устройствами ЭВМ осуществляется через системный интерфейс, который называется шиной. Шина представляет собой совокупность линий, предназначенных для передачи единицы информации (команды, данных или управляющих сигналов). Соответственно, в шине можно выделить:

    1. шину адреса (ША) – используется для передачи адресов (номеров ячеек памяти или устройств ввода-вывода, к которым производится обращение);

    2. шину данных (ШД) – по ней осуществляется обмен данными;

    3. шину управления (ШУ) – по ней передаются управляющие сигналы.




a-m-kochnev-zam-predsedatelya.html
a-m-mazgarov-04-05-09-polozhenie-o-konkurse-luchshij-menedzher-po-kachestvu-respubliki-tatarstan-2009.html
a-m-rohlin-stranica-7.html
a-m-safronova-proekt-v-n-tatisheva-po-otkritiyu-shkol-na-chastnih-zavodah-urala-i-popitka-ego-pretvoreniya-stranica-3.html
a-m-samojlenko-vstupitelnaya-statya.html
a-m-sitnik-mezhdunarodnoe-chastnoe-pravo-visshaya-matematika-yurisprudencii-stranica-15.html
  • literature.bystrickaya.ru/biologiya-mnogoobrazie-zhivih-organizmov.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/urok-na-temu-rabota-nad-osobennostyami-ispolneniya-koncerta-dlya-skripki-lya-minor-antonio-vivaldi-v-klasse-domri.html
  • thescience.bystrickaya.ru/internet-resursi-vzaimodejstvie-gosdumi-s-federalnimi-organami-8.html
  • notebook.bystrickaya.ru/individualnoe-zadanie-dlya-uchenika-konsultanta-posmotret-po-slovaryu-tolkovanie-ryada-ponyatij-ukazannih-uchitelem-na-uroke-pri-neobhodimosti-pomogat-uchashimsya-v-obyasnenii-etih-slov-na-doske.html
  • znanie.bystrickaya.ru/analiz-kompleksa-radionavigacionnih-sistem-novosti-navigacii-2-2004-g.html
  • school.bystrickaya.ru/etnicheskij-sostav-i-proishozhdenie-altajcev-istoriko-etnograficheskij-ocherk-stranica-18.html
  • university.bystrickaya.ru/etapi-eksperimenta-i-ih-osnovnoe-soderzhanie-doklad-municipalnogo-obsheobrazovatelnogo-uchrezhdeniya-srednyaya-obsheobrazovatelnaya.html
  • znanie.bystrickaya.ru/aktualizaciya-strategii-socialno-ekonomicheskogo-razvitiya-ulyanovskoj-oblasti-do-2020-goda.html
  • report.bystrickaya.ru/internet-resursi-grizlov-b-v-monitoring-smi-21-marta-2008-g.html
  • spur.bystrickaya.ru/kurs-tehnika-i-tehnologiya-socialno-kulturnogo-servisa-i-turizma-yavlyaetsya-specialnoj-disciplinoj-predlagaemoj-studentam-specialnosti-socialno-kulturnij-stranica-2.html
  • diploma.bystrickaya.ru/zaregistrirovano-v-minyuste-rf-1-sentyabrya-2009-g-stranica-6.html
  • lesson.bystrickaya.ru/strannikom-i-prishelcem-zhitiya-svyatih.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/razdel-2-ekonomika-energeticheskogo-predpriyatiya-uchebnoe-posobie-izdatelstvo-tpu-tomsk-2006.html
  • studies.bystrickaya.ru/71-fondi-ocenochnih-sredstv-dlya-provedeniya-tekushego-kontrolya-uspevaemosti-i-promezhutochnoj-attestacii.html
  • student.bystrickaya.ru/1119-borodina-dobricina-anna-alekseevna-aspirant-tel-rab-812543-02-64-e-mail-dobranna82mail-ru-postupila.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/roman-tais-afinskaya-osnovan-na-izvestnom-po-antichnim-istochnikam-istoricheskom-epizode-sozhzhenii-persepolisa-odnoj-iz-stolic-persidskogo-stranica-2.html
  • books.bystrickaya.ru/elektivnij-kurs-matematika-uravneniya-visshih-stepenej.html
  • bukva.bystrickaya.ru/moskva-do-uchrezhdeniya-v-nej-knyazheskogo-stola.html
  • klass.bystrickaya.ru/6-zamknutie-sistemi-dostatochno-obshaya-teoriya-upravleniya.html
  • tasks.bystrickaya.ru/115-privlechenie-kandidatov-na-rabotu-v-organizaciyu-uchebnika-dlya-studentov-visshih-uchebnih-zavedenij.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/primernij-nabor-medikamentov-i-perevyazochnogo-materiala-metodicheskie-rekomendacii-v-pomosh-organizatoram-studencheskih-otryadov.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/terror-golodom-skij-universitet-p-t-firov-ukrainskaya-tragediya-1932-1933-gg-sobitiya-dokumenti-kommentarii.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/shkala-ustanovleniya-doplat-dlya-rukovoditelej-obsheobrazovatelnih-uchrezhdenij.html
  • gramota.bystrickaya.ru/zadacha-12-zadacha-1.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/slajd-1-vzaimodejstvie-semi-i-shkoli.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/prilozhenie-16-sistemnie-preobrazovaniya-obuslovlennie-koncepciej-modernizacii-rossijskogo-obrazovanie-na-period.html
  • nauka.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-uchebnoj-disciplini-strategicheskij-menedzhment-080507-65-menedzhment-organizacii-specialitet-stranica-2.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/programma-disciplini-dpp-f-05-korrekcionnaya-pedagogika-s-osnovami-specialnoj-psihologii-ukazivaetsya-naimenovanie-i-shifr-disciplini-v-sootvetstvii-s-gos-i-uchebnom-planom.html
  • control.bystrickaya.ru/ekologicheskoe-pravo-rossii-chast-5.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/v-ramkah-iii-mezhdunarodnogo-molodezhnogo-innovacionnogo-foruma-interra-otkrivaetsya-distancionnaya-shkola-programmirovaniya-dlya-uchenikov-7-8-klassov.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/siro-palestinskie-fragmenti-nina-viktorovna-pigulevskaya-g-d-kurbatov-a-g-lundin-a-v-pajkova-k-b-starkova.html
  • report.bystrickaya.ru/istina-v-teorii-poznaniya.html
  • urok.bystrickaya.ru/primernaya-programma-naimenovanie-disciplini-gigiena-zhivotnih.html
  • literature.bystrickaya.ru/dat-studentam-sistemnoe-predstavlenie-o-tom-kak-osushestvlyaetsya-vzaimodejstvie-gosudarstvennih-i-vedomstvennih-arhivov-v-reshenii-zadachi-koncentracii-sohranen.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/otvetstvennost-eksporterov-pered-tamozhennimi-organami-pri-nepostuplenii-libo-zaderzhke-postupleniya-valyutnoj-viruchki.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.