.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
  • holiday.bystrickaya.ru/metodicheskie-ukazaniya-k-laboratornim-rabotam-po-kursu-shemotehnika-evm-pod-redakciej-yu-m-smirnova.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/sibinfosu-27042010-gosduma-rf-prinyala-novij-zakon-o-pensionnom-obespechenii-gornyakov.html
  • knigi.bystrickaya.ru/ria-novosti-27032012-uvelichenie-pensionnogo-vozrasta-mera-neobhodimaya-no-ne-imeyushaya-blizhajshej-perspektivi-uchastniki-videomosta.html
  • prepodavatel.bystrickaya.ru/tema-biologicheskaya-antiseptika-aseptika.html
  • paragraph.bystrickaya.ru/kursivom-videleni-osnovnie-momenti-kotorie-zhelatelno-otrazit-v-doklade.html
  • literatura.bystrickaya.ru/shahbaz-alimgireevich-ershin.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/resheniem-soveta-apanasenkovskogo.html
  • grade.bystrickaya.ru/metodicheskie-ukazaniya-i-kontrolnie-zadaniya-dlya-studentov-zaochnikov-obrazovatelnogo-uchrezhdeniya-srednego-professionalnogo-obrazovaniya-dlya-specialnosti-0601-ekonomika-i-buhgalterskij-uchet-bazovij-ur.html
  • shpora.bystrickaya.ru/zhenshina-i-karera-psihologiya-raboti-v-muzhskom-kollektive.html
  • letter.bystrickaya.ru/o-stradaniyah-i-schastliv-lish-tot-kto-sam-schitaet-sebya-schastlivim.html
  • university.bystrickaya.ru/fiziologicheskoe-vozdejstvie-televideniya.html
  • bukva.bystrickaya.ru/urok-3-razdel-2-sozdanie-testov-ispolzuya-tehnologiyu-giperssilok-mesto-kursa-v-obrazovatelnom-processe.html
  • nauka.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-po-discipline-opd-f-istoriya-drevnego-mira-osnovnaya-obrazovatelnaya-programma-podgotovki-specialista-po-specialnosti-030401-istoriya.html
  • learn.bystrickaya.ru/glava-2-aristokratiya-blata-ajn-rend-atlant-raspravil-plechi-kniga-2.html
  • letter.bystrickaya.ru/mnenie-vyatarasenko-v-a-zhigalov-zhigalovgmail-com.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/razdelitelnij-sillogizm-chast-2.html
  • uchenik.bystrickaya.ru/glava-9-vozdushnie-perevozki-aviacionnie-raboti-ob-ispolzovanii-vozdushnogo-prostranstva-respubliki-kazahstan.html
  • laboratory.bystrickaya.ru/vliyanie-klimaticheskih-harakteristik-na-rasseivanie-vrednih-veshestv-v-atmosfere-na-territorii-irkutskoj-oblasti.html
  • urok.bystrickaya.ru/problemi-razrabotki-vnutrivuzovskoj-politiki-dlya-sistemi-garantii-kachestva.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-disciplini-issledovanie-socialno-ekonomicheskih-i-politicheskih-processov-kod-i-nazvanie-disciplini-po-uchebnomu-planu-specialnosti.html
  • klass.bystrickaya.ru/arhiv-l-d-trockogo-stranica-11.html
  • lesson.bystrickaya.ru/obyazatelnoe-medicinskoe-strahovanie-v-rossii.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/umeniyu-otvechat-na-postavlennie-voprosi-oborudovanie-izobrazheniya-simvolov-odincovskogo-rajona-gerb-i-flag.html
  • institute.bystrickaya.ru/glava-xiii-nevozmozhnaya-rossiya.html
  • institut.bystrickaya.ru/uchebnaya-programma-speckursa-korporativnaya-pressa-kak-tip-smi-dlya-studentov-3-kursa-dnevnogo-otdeleniya-i-4-kursa-zaochnogo-otdeleniya.html
  • reading.bystrickaya.ru/metodicheskie-rekomendacii-p-o-izucheniyu-disciplini-ugolovno-ispolnitelnoe-pravo-respubliki-kazahstan-dlya-studentov-specialnosti-050301-yurisprudenciya-pavlodar.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/videlenie-pamyati-lekciya-1-vvedenie.html
  • spur.bystrickaya.ru/kurs-naimenovanie-uchebnih-disciplin-kolichestvo-chasov-ekzamen.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/norma-prava.html
  • credit.bystrickaya.ru/otkritij-konkurs-istochnik-finansirovaniya-byudzhet-g-irkutska-stranica-3.html
  • uchenik.bystrickaya.ru/inventarizaciya-i-zapovedanie-vekovih-i-drugih-unikalnih-derevev-metodicheskoe-posobie-dlya-yunih-zashitnikov-prirodi-sostaviteli.html
  • occupation.bystrickaya.ru/ob-utverzhdenii-municipalnoj-dolgosrochnoj-celevoj-programmi-razvitie-seti-avtomobilnih-dorog-obshego-polzovaniya-na-territorii-voznesenskogo-selskogo-poseleni.html
  • portfolio.bystrickaya.ru/podderzhka-selhozproizvoditelya-programma-chistaya-voda.html
  • crib.bystrickaya.ru/kniga-istoriya-lyubvi-chast-golos-shuri.html
  • university.bystrickaya.ru/formirovanie-navikov-samoorganizacii-prakticheskie-soveti-samostoyatelnaya-rabota-i-samoorganizaciya-kak-didakticheskie.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.