.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
  • shkola.bystrickaya.ru/metodika-swot-analiza-predpriyatiya.html
  • prepodavatel.bystrickaya.ru/tehnicheskoe-zadanie-dlya-provedeniya-aukciona-osnovanie-postavki-tovara.html
  • letter.bystrickaya.ru/n374-beverli-bekhem-spisok-podarkov-na-rozhdestvo-spisok-veshej-ot-kotorih-nuzhno-izbavitsya.html
  • lesson.bystrickaya.ru/ponyatie-kak-forma-mishleniya.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-disciplini-strahovanie-dlya-studentov-vseh-form-obucheniya-specialnosti-080105-65-finansi-i-kredit.html
  • tests.bystrickaya.ru/lukyanov-arkadij-viktorovich-ideya-metakritiki-chistoj-lyubvi-stranica-17.html
  • learn.bystrickaya.ru/glava-ii-istoki-i-proishozhdenie-ya-i-mirovaya-sreda-pervie-dvigateli-mir-aristokraticheskij.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/v-i-druzhinin-rektor-instituta-povisheniya-kvalifikacii-i-perepodgotovki-rabotnikov-obrazovaniya-kurganskoj-oblasti-kandidat-pedagogicheskih-nauk-professor-stranica-8.html
  • letter.bystrickaya.ru/obrazovatelnoj-programmi.html
  • education.bystrickaya.ru/-2-strelku-vniz-ya-zamenil-na-zakrituyu-figurnuyu-skobku-stranica-23.html
  • write.bystrickaya.ru/gematologiya-i-transfuziologiya-bibliograficheskij-ukazatel-novih-postuplenij-v-rnmb-mart-aprel-2006-g.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/scenarij-utrennika-druzya-mojdodira.html
  • uchenik.bystrickaya.ru/geroya-sovetskogo-soyuza-arnolda-meri-pohoronyat-v-talline-novosti-9.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-sostavlena-na-osnovanii-programmi-po-oftalmologii-dlya-studentov-visshih-medicinskih-uchebnih-zavedenij.html
  • report.bystrickaya.ru/kadrovoe-obespechenie-mobilnosti-otchet-po-proektu-obobshenie-opita-uchastiya-vuzov-rossijskoj-federacii-v-realizacii.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/mashini-i-oborudovanie-prirodoobustrojstva-i-zashiti-okruzhayushej-sredi.html
  • studies.bystrickaya.ru/6zlaya-sudba-kogda-poyavilas-pervaya-kniga.html
  • grade.bystrickaya.ru/metodicheskie-ukazaniya-po-vipolneniyu-kursovih-i-kontrolnih-rabot-po-disciplinam-specializacii-sociokulturnij-servis-dlya-studentov-specialnosti-100103-65.html
  • lecture.bystrickaya.ru/akcentuacii-haraktera.html
  • student.bystrickaya.ru/2-obshie-svedeniya-o-predpriyatii-10.html
  • university.bystrickaya.ru/glava-5-iskusstvo-bit-atletom-kniga-posvyashaetsya-nakii-d-parks-yaputeshestvoval-po-vsemu-miru-i-vstrechal-tisyachi.html
  • student.bystrickaya.ru/16-statistika-iii-izuchenie-vzaimosvyazej-mezhdu-neskolkimi-peremennimi.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/metodicheskoe-posobie-dlya-provedeniya-urokov-anglijskogo-yazika-v-nachalnoj-shkole-mariinskij-posad.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/tolstoj-l-n-andrej-bolkonskij-i-ego-doroga-chesti.html
  • institut.bystrickaya.ru/stoimost-dopolnitelnogo-mesta-v-nomerah-lyuks-polulyuks-i-odnomestnij-1-kategorii-250-rubsutki-bez-pitaniya-predostavlyaetsya-raskladushka.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/rebusi-i-anagrammi-formi-raboti-sposobstvuyushie-sovershenstvovaniyu-yamalo-neneckij-avtonomnij-okrug.html
  • assessments.bystrickaya.ru/deyatelnoe-raskayanie-v-sovershennom-prestuplenii-chast-4.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/anonsi-ii-j-kinofestival-sovremennogo-bolgarskogo-kino-v-odesse.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-uchebnoj-disciplini-matematicheskaya-statistika-dlya-studentov-specialnosti.html
  • control.bystrickaya.ru/dopolnitelnoe-zadanie-ekonomicheskaya-chast-kurs-antikrizisnoe-upravlenie-nalogooblozhenie-klassifikaciya-zatrat-poyasneniya.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-uchitelya-visshej-kategorii.html
  • institute.bystrickaya.ru/formirovanie-kommunikativnih-kompetencij-i-km-na-urokah-literaturi-na-primere-temi-hudozhestvennij-mir-gogolya-5-11-klass-tkachenko-o-a.html
  • znanie.bystrickaya.ru/a-n-k-e-t-a-1-na-zameshenie-vakantnih-dolzhnostej-gosudarstvennoj-grazhdanskoj-sluzhbi-rossijskoj-federacii-v-mezhrajonnoj.html
  • doklad.bystrickaya.ru/vii-gorodskaya-konferenciya-shkolnikov-pervie-shagi-v-nauku.html
  • control.bystrickaya.ru/celi-i-zadachi-fakultativov-i-predmetnih-kruzhkov-prikaz-130-polozhenie-o-shkolnih-metodicheskih-obedineniyah.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.