Архитектура ЭВМ. Понятие и основные виды архитектуры эвм
 Скачать 404.76 Kb.
|
|
ПОНЯТИЕ И ОСНОВНЫЕ ВИДЫ АРХИТЕКТУРЫ ЭВМ Принципы архитектуры ЭВМ Дж. Фон Неймана. Термин архитектура ЭВМ используется для описания наиболее общего принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основны узлов ЭВМ. Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность свойств и характеристик, рассматривается с точки зрения пользователя. Концепцию цифровой архитектуры ЭВМ сформировал Фон Нейман в 1946 году. Фундаментальные положения по архитектуре ЭВМ состоят в следующем: 1.применение двоичной работы счисления ЭВМ. 2.программа управления ЭВМ (программа содержит инструкции, исполняемые автоматически в заданной последовательности) 3.в принципе хранимых программ и данных в заполняющем устройстве машины обладающем высокой скоростью выборки и записи. 4.однотипным предоставлением данных и программ, их обрабатывающих. 5.в принципе иерархичности памяти должно быть минимум два уровня: основная и внешняя память. 6.в принципе адресности основной памяти. Главным принципом построения ЭВМ является программное управление. Программа - это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке. Программа для ЭВМ это алгоритм, записанный на языке программирования. Каждая команда программы содержит задание на конкретную выполняемую операцию и адрес операндов, участвующих в этих преобразованиях. ЭВМ имеет модульную архитектуру и включает в себя блок управления, арифметико-логическое устройство, память, устройство ввода данных, устройство вывода результатов, а так же устройство ручного управления. Блок управления обеспечивает управление всеми устройствами компьютера. Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические и логические операции обработки информации, хранящейся в памяти компьютера. В современных ЭВМ арифметико-логическое устройство и блок управления объединены в процессор, который выполняет обработку данных, а так же осуществляет управление работой других блоков компьютера. В памяти ЭВМ данные представлены в двоичной форме. для ввода и вывода информации используются специальные устройства. При чем программы и данные имеют однотипный ввод в компьютер. Память компьютера подразделяют на основную (оперативная) и внешнюю (запоминающие устройства). Выделяют следующие устройства памяти, которые отличаются скоростью считывания и записи и информации, а так же емкостью: 1. Сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ) – обеспечивает работу самой быстродействующей памяти малого объема. Соответствует внутренней процессорной памяти. 2. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) обеспечивает работу быстродействующей памяти значительного объема. Соответствует основной оперативной памяти компьютера. 3. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) обеспечивает работу быстродействующей памяти небольшого объема, которая сохраняет свое содержимое. 4. Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) обеспечивает работу самиой медленной памяти самого большого объема. Концепции Фон Неймана нашли свое воплощение в ЭВМ. Созданы в начале 40-50 годов. В 1951 году в Киеве под управлением академика Лебедева была создана первая отечественная малая электронная машинка. В 1952 году появилась большая электронная вычислительная машина. Позже в 50-60 годы в СССР были разработаны отечественные ЭВМ, такие как «Стрела» , «Урал» , «Минск». Появился новый вид памяти – видеопамять. Это было обусловлено разработкой устройства визуального ввода и вывода ( дисплей ). Характерной чертой ЭВМ современности является общая шина. Переход к шинной архитектуре строения ЭВМ позволил реализовать открытую архитектуру. В следующих поколениях ЭВМ процессор перестал играть главную роль, это позволило устройству устанавливать прямые связи друг с другом, обмениваться данными. В современной архитектуре ЭВМ наметились 3 тенденции: 1.уложение системы связи между узлами ЭВМ за счет расширения внешних устройств; 2.создание многопроцессорных ЭВМ. АППАРАТНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ Аппаратные средства ЭВМ. Компьютер, или ЭВМ – универсальное или электронное программное управляемое устройство для хранения, обработки и передачи информации. В состав базовой конфигурации включается: монитор, клавиатура, системный блок, мышь. Системный блок является основным узлом внутри которого установлены наиболее важные компоненты: материнская плата – основная плата персонального компьютера, на котором размещаются: 1. Процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций. 2. Микропроцессорный комплект – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств и определенных функций материнской платы. 3. Шины – набор проводников, в которых происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера. 4. Оперативная память – ОЗУ, набор микросхем для временного хранения данных, когда компьютер включен. 5. Постоянное запоминающее устройство ПЗУ – микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, даже при выключенном компьютере. 6. Слоты - разъемы для подключения дополнительных устройств. Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения данных и программ большого объема. Управление работой жесткого диска осуществляет аппаратно-логическое устройство в контроле жесткого диска. К основным параметрам жесткого диска относят: емкость и производительность. Дисковод – компакт диск – это устройство для считывания большого объема данных с помощью лазерного луча. Видеокарта - устройство, образующее совместно с монитором видеоподсистему компьютера. Звуковая карта – устройство, выполняющее обработку таких данных, как звук, речь, музыка и т.д. Монитор – устройство визуального представления данных. Клавиатура – клавишное устройство для ввода данных и управления компьютером. Мышь – устройство управления манипуляторного типа. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта «курсор» по экрану монитора. Устройство ввода данных: клавиатура, микрофон, камера, сканер. Устройства вывода данных: принтер, монитор, колонки,проекторы. Устройства хранения данных: жесткий диск, флешкарта, диски, дискеты. Устройства обмена данными: факс,модем. Выделяют три уровня основной памяти: Микропроцессорная Основная Внешняя Оперативная память ПК может формироваться из микросхем динамического или статического типа. Ячейки статического типа построены на основе схем с двумя устойчивыми состояниями. После записи бита такая память может долго прибывать в этом состоянии при условии наличия питания. Такие ячейки имеют малое время срабатывания , низкую удельную плотность, высокое энергопотребление. Так же имеют высокую стоимость. Ячейки динамической памяти построены на основе полупроводниковых областей с сокращением заряда. Кэшпамять – имеет несколько уровней, является высокоскоростной, создается на основе микросхем статического тока. Имеет сравнительно большой размер и выступает буфером между оперативной памяти и микропроцессором , позволяя увеличить производительность ПК. В кэшпамяти хранятся копии блоков данных тех областей оперативной памяти к которым выполнены последние обращения или весьма вероятны обращения в ближайшее время. 4.2. Структура программного обеспечения ПК. Всё многообразие программных средств принято делить на три класса: 1. Инструментальный – обеспечивает создание нового программного обеспечения. К ним относятся языки программирования. 2. Системные – с помощью этих программ происходит управление всеми ресурсами ПК, они же обеспечивают работу других программ . 3. Прикладные программы – программа, предназначенная для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем. В большинстве операционных систем прикладные программы могут напрямую обращаться к ресурсам компьютера. Они взаимодейтсвуют с оборудованием посредством операционной системы. |