.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
  • tasks.bystrickaya.ru/2-klass-skazka-k-urokam-razvivayushego-chteniya.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/protokol-136-obshego-sobraniya-soyuza-stroitelej-g-tomska-i-tomskoj-oblasti.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/nabor-endoskopicheskih-instrumentov-dlya-vipolneniya-transuretralnoj-rezekcii-predstatelnoj-zhelezi.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-disciplini-ds-r-01-tipovie-funkcionalnie-i-obespechivayushie-podsistemi-as-rv-v-promishlennosti-kod-i-nazvanie-disciplini-po-uchebnomu-planu-specialnosti.html
  • occupation.bystrickaya.ru/ocenka-tenevoj-chasti-sektora-malogo-predprinimatelstva-xiii-j-regionalnoj-nauchno-prakticheskoj-konferencii-s.html
  • grade.bystrickaya.ru/nachalo-buri-husto-l-gonsales-istoriya-hristianstva-tom-ii-ot-epohi-reformacii-do-nashego-vremeni.html
  • predmet.bystrickaya.ru/rudno-kak-i-vmestit-v-odno-ponyatie-vse-aspekti-chelovecheskogo-bitiya-ona-vseobemlyusha-kak-sama-zhizn-mahallya-ne-abstraktnoe-ponyatie-ona-zhivoj-organizm-posko.html
  • nauka.bystrickaya.ru/urokov-fizicheskoj-kulture-uchebnoe-elektronnoe-izdanie-biotehnologiya.html
  • composition.bystrickaya.ru/polozhenie-o-provedenii-ikraevogo-smotra-informacionno-izdatelskoj-deyatelnosti.html
  • writing.bystrickaya.ru/kiprenskij-oa.html
  • crib.bystrickaya.ru/instrukciya-po-ekspluatacii-znakosinteziruyushij-zhidko-kristallicheskij-indikator-pult-voditelya.html
  • school.bystrickaya.ru/8-rekomendacii-upolnomochennogo-po-pravam-cheloveka-po-obrasheniyam-zayavitelej.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/razdel-i-obshie-polozheniya-informacionnij-byulleten-administracii-sankt-peterburga-35-736-19-sentyabrya-2011-g.html
  • knigi.bystrickaya.ru/saba-tairibi-ajtalau-sabatari-geometriyaa-bastama-masat.html
  • grade.bystrickaya.ru/metodicheskie-ukazaniya-po-vipolneniyu-kursovih-rabot-gruppa-mz-5-smz-3-vvo-2.html
  • apprentice.bystrickaya.ru/vedenie-delovoj-besedi.html
  • turn.bystrickaya.ru/otdel-xx-tajnaya-doktrina.html
  • tasks.bystrickaya.ru/15-selskoe-hozyajstvo-soderzhanie-programmi-pasport-programmi-i-analiz-socialno-ekonomicheskogo-polozheniya-klyuchevskogo.html
  • turn.bystrickaya.ru/otchet-ob-uchastii-mgtu-im-n-e-baumana-v-xi-j-vserossijskoj-vistavke-nauchno-tehnicheskogo-tvorchestva-molodezhi.html
  • tests.bystrickaya.ru/kratkoe-soderzhanie-programmi-programma-dlya-obuchayushihsya-7-18-let-srok-realizacii-6-let.html
  • literatura.bystrickaya.ru/soveti-i-prakticheskie-rekomendacii-voronezhskij-gosudarstvennij-universitet.html
  • abstract.bystrickaya.ru/1-izuchenie-povedeniya-istoriya-i-metodi-chto-takoe-psihologiya-v-2-h-t-t-1-per-s-franc-m-mir-1992-496-s.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/prilozhenie-1-utverzhden-i-vveden-v-dejstvie-reshenie.html
  • portfolio.bystrickaya.ru/perehod-k-rinochnoj-ekonomike-soprovozhdaetsya-modernizaciej-vsej-finansovoj-sistemi-ukraini-vnaibolshej-stepeni-eto-otnositsya-k-eyo-centralnomu-zvenu-byudzhetu-stranica-9.html
  • uchit.bystrickaya.ru/stanislav-grof-kosmicheskaya-igra-stranica-14.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/urok-anglijskogo-yazika-v-11-klasse-tema-rol-inostrannogo-yazika-v-zhizni-lyudej.html
  • desk.bystrickaya.ru/padenie-cindao-kniga-na-sajte.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/novgorodsko-pskovskaya-zemlya-istoricheskij-forpost-rossii-na-zapade-chernov-s-z-shulgin-p-m-k-90-kulturnij.html
  • learn.bystrickaya.ru/glava-2-pogrebalnaya-obryadnost-kniga-prodolzhenie-monografii-b-a-ribakova-yazichestvo-drevnih-slavyan.html
  • credit.bystrickaya.ru/otchyot-o-rezultatah-samoobsledovaniya-federalnogo-gosudarstvennogo-obrazovatelnogo-uchrezhdeniya-stranica-3.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/razdel-ii-proizvodstvo-v-sude-pervoj-instancii-zakonodatelstvo-o-grazhdanskom-sudoproizvodstve.html
  • urok.bystrickaya.ru/poyasnitelnaya-zapiska-prirodovedenie-5-klass.html
  • lesson.bystrickaya.ru/otchet-po-praktike-v-magazine-tehnosila.html
  • universitet.bystrickaya.ru/tipichnoe-somnenie-pochemu-darvin-ne-smog-bolshe-verit-avtor-armin-held-perevod-s-nemeckogo-evgenij-eryomin.html
  • nauka.bystrickaya.ru/voprosi-k-zachetu-kurs-tyumenskij-gosudarstvennij-universitet-rabochij-uchebnij-plan-3-kurs-specialnost-061100.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.