Классическая схема ЭВМ

Изложенные принципы программного управления (фон Неймана) реализовывались в аппаратном обеспечении, структура которого постепенно оформилась а приведенную ниже схему, ставшую к настоящему времени классической и включающую:

- блок для выполнения логических и арифметических операций (АЛУ);

- блок для хранения информации (память) или ОЗУ;

- устройства для ввода и вывода данных.

Для обеспечения согласованной работы вышеперечисленных устройств преобразования информации требуется устройство управления (УУ).

Рисунок 2.1.

На этой схеме линиями разной толщины отмечены потоки:

информации

управляющих сигналов

Используемые в изложении аббревиатуры означают следующее:

УУ – устройство управления,

Увв – устройства ввода,

Увыв – устройства вывода

АЛУ – арифметико-логическое устройство,

ЗУ – запоминающее устройство, память ЭВМ,

ПК –персональный компьютер.

Кратко функционирование устройств ЭВМ можно описать так.

УУ инициирует работу Увв, давая ему команду на выполнение ввода в ЗУ, аналогично инициируется работа Увыв.

УУ указывает, из какой ячейки памяти ЗУ необходимо передавать информацию в АЛУ, какую операцию над этой информацией должно выполнять АЛУ, в какую ячейку памяти должен быть занесен результат операции.

Современные ЭВМ имеют отличия, обусловленные развитием ВТ.

Основные отличия:

- ЗУ представляется несколькими уровнями: Внутреннее или оперативное ЗУ (ОЗУ) и внешнее или ВЗУ. Внутреннее ЗУ содержит информацию, обрабатываемую в определенный промежуток времени, включающий и текущий момент. Внешние ЗУ служит хранилищем всей информации для конкретного пользователя. В современной ЭВМ внешние ЗУ насчитывают несколько уровней.

- АЛУ и УУ объединены в одно устройство, называемое центральным процессором (ЦП);

- в современных ЭВМ и ПК имеется довольно большой арсенал Увв и Увыв.

Структурно современные. ЭВМ и ПК состоит из 2-х частей: центральной и периферийной. К центральной части относят процессор и ОЗУ.

ЦП называют устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки данных и программное управление этим процессом. В его состав входят АЛУ, УУ, и собственная память процессора. В современных ПК, ЦП реализован в виде большой интегральной схемы и называется микропроцессором.

ЦП взаимодействует с ОЗУ или просто оперативной памятью (ОП). ОП предназначена для приема, хранения и выдачи информации (чисел, символов, команд, констант) – всей информации для выполнения вычислений по программе.

Кроме ОП во всех ПК имеется внутренняя постоянная память для хранения постоянных данных и программ. ОП - дорогая часть аппаратуры. Объем ее ограничен, поэтому большие массивы или таблицы информации хранятся в ВЗУ. К ним относят: накопители на магнитных дисках (НМД), накопители на магнитных лентах (НМЛ), накопители на оптических и магнитооптических дисках.

В современных ПК реализована виртуальная память, которая позволяет пользователю работать с расширенным пространством памяти компьютера. Виртуальная память представляет совокупность ОП и ВЗУ, а также комплекса программно-аппаратных средств, обеспечивающих динамическую переадресацию данных, в результате чего пользователь не заботится о своевременной передаче информации из ВЗУ в ОП. Функции по требуемому перемещению берет на себя вычислительная система.

ВЗУ, Увв и Увыв образуют периферийную часть ПК. Состав устройств может сильно отличаться в разных экземплярах, поэтому говорят о конфигурации ПК.

Производительность и эффективность использования ПК определяется не только процессором и ОП, но в большой степени и техническими данными периферийных устройств, а также способом их совместной работы с центральной частью ПК. Связь между центральной и периферийной частями осуществляется с помощью сопряжений, которые называются интерфейсами.

Интерфейс – совокупность стандартизованных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информации между устройствами. В основе построения интерфейсов лежит унификация и стандартизация (использование единых способов кодирования данных, форматов данных, использование единых разъемов и т.п.). Наличие интерфейсов позволяет унифицировать передачу данных между устройствами независимо от их особенностей. Особенности учитывают контроллеры – устройства управления периферийных устройств.

В настоящее время в ПК используется структура с одним общим интерфейсом, называемым системной шиной. При такой структуре все устройства ПК обмениваются информацией и управляющими сигналами через системную шину. Физически она представляет собой систему функционально объединенных проводов, по которым передается 3 потока данных:

- непосредственно информация (данные);

- управляющие сигналы;

- адреса.

На рисунке 2.2 приведена схема обмена информацией между устройствами в ЭВМ с общей шиной.

Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи информации называется разрядностью шины.

Поскольку шина является общей, использоваться она может в каждый определенный момент времени только одним каким-либо устройством. Для этих целей предусмотрена система приоритетных прерываний, которая отдает шину для использования устройству с наибольшим приоритетом.