Функцональные блоки эвм с шинной организацией

Центральный процессор (ЦП) — выполняет основные операции по обработке данныx и управлению работой других блоков. В состав ЦП входят: арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ), регистры, кэш-память первого уровня (L1).

Арифметико-логическое устройство (АЛУ)- обрабатывает информацию, хранящуюся в оперативной памяти. В АЛУ с помощью электронных микросхем выполняются элементарные арифметические и логические операции над данными.

Регистровая памятьпроцессора - это набор программно-доступных быст­родействующих ячеек памяти. Они могут использоваться для хранения служебных данных, для хранения данных, обращение к которым происходит многократно.

Например, к регистрам процессора относятся: - регистрданных — служит для хранения промежуточных резуль­татов; - регистры общего назначения, имеющиеся во многих ЭВМ, могут использоваться для любых целей. Точное назначение такого регистра определяет программист при написании программы. Они могут использоваться для временного хранения данных.

Устройство управления (УУ) — вырабатывает последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд. УУ интерпретирует команду, выбранную из программной памяти, и формирует для арифметико-логического и других устройств, требуемый набор команд низкого уровня - микрокоманд. Микрокоманды задают последовательность элементарных низкоуровневых операций - микроопераций (пересылка данных, сдвиг данных, установка и анализ признаков, запоминание результатов и др.)

В состав УУ входят:

- регистр команды, который содержит код команды во время ее выполнения;

- программный счетчик, в котором содержится адрес очередной подлежащей выполнению команды;

- регистр адреса, в котором вычисляются адреса операндов, находящихся в памяти.

Память (ЗУ) — устройство, предназначенное для запоминания, хранения и выборки программ и данных. Память состоит из конечно­го числа ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный номер или адрес. Доступ к ячейке осуществляется указанием ее адреса.
Память способна выполнять два вида операций над данными — чтение с сохранением содержимого и запись нового значения со стиранием пре­дыдущего.
Минимально адресуемым элементом памяти является байт — поле из 8 бит. Совокупность битов, которые арифметико-логическое устройство может одновременно поместить в регистр или обработать, называют обычно машинным словом.

Виды памяти:
Для рационального использования ЗУ и достижения максимальной эффективности и экономичности ЗУ распределяют по нескольким иерархическим уровням. Иерархия памяти - система памяти, состоящая из нескольких ЗУ с различным быстродействием и емкостью.

- Регистровая память (сверхоперативная): РОН процессора (регистры общего назначения).

- Кэш- память В современных ЭВМ обычно имеется 2-3 ЗУ этого типа: кэш-память 1-го уровня (L1) располагается внутри процессора, 2-го уровня (L2) – на материнской плате. Кэш-память недоступна для программиста (автоматически используется компьютером). Через кэш-память осуществляется обмен данными между процессором, ОП и ВЗУ так, чтобы до минимума сократить время непроизводительного простоя процессора. Ускорение выполнения операций достигается за счет запоминания в кэш-памяти на некоторое время данных, которые будут использоваться процессором в ближайшее время.

- Оперативная память ОП используется для временного хранения данных и программ и допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций. Выполняемая в данный момент программа (активная) обычно располагается в ОЗУ (лишь иногда в ПЗУ).
ОЗУ – энергозависимая память; с произвольным доступом.

- Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ - энергонезависимое ЗУ для хранения неизменяющихся данных (тест-мониторные программы, проверяющие работоспособность компьютера в момент включения; драйверы устройств (клавиатуры) и пр.) Из ПЗУ информацию можно только считывать, выборка информации осуществляется в любом порядке, т.е. к любой ячейке ПЗУ существует произвольный доступ.

-Память CMOS - служит для хранения системных установок - конфигурации (текущее время, дата, выбранный системный диск, т.е. хранятся параметры компьютера, Setup). Энергозависима: для ее непрерывной работы на материнской плате установлен аккумулятор или батарейка.
- Видеопамять – размещается на видеокарте; используется в качестве буфера для хранения кадров динамического изображения.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ ) предназначены для долговременного хранения информации: накопители на магнитной ленте (магнитофоны, стримеры); накопители на жестких дисках (винчестеры); накопители на гибких дисках (дисководы); проигрыватели оптических дисков (CD-ROM).

Периферийные устройства (ПУ)- - устройства внешней памяти, предназначенные для долговременного хранения данных большого объема и программ (ВЗУ)

- коммуникационные устройства, предназначенные для связи ЭВМ с внешним миром (с пользователем, другими ЭВМ и т.д.). ^ Устройства ввода информации: клавиатура, мышь, джойстик, сенсорные экраны, световое перо, цифровая видеокамера, микрофон и др. Устройства вывода информации: дисплей, принтер, плоттер, акустические колонки и др. Модем выполняет функции устройств ввода и вывода информации.

Обмен данными с внешними устройствами осуществляется через портыввода - вывода.

Объединение функциональных блоков в ЭВМ с шинной архитектурой осуществляется посредством следующей системы шин:

-шины данных, по которой осуществляется обмен информацией между блоками ЭВМ;

- шины адреса, используемой для передачи адресов (номеров ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым производится обращение);

- шины управления для передачи управляющих сигналов.

Совокупность этих трех шин называют системной шиной, системной магистралью или системным интерфейсом. Обычно на шине в любой момент можно выделить два активных устройства. Одно из них называется задатчиком и инициирует операцию обмена данными (формирует адреса и управляющие сигналы), другое называется исполнителем и выполняет операцию (дешифрирует адреса и управляющие сигналы и принимает или передает данные). В большинстве случаев задатчиком является ЦП. Память всегда выступает только в качестве исполнителя.

14. Архитектура ЭВМ. Функциональные блоки ЭВМ с канальной

организацией.

Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.— одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер. К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы – требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.
Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.
Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.
Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.
Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.
Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК.
ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.
В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер и т.д.
В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в устройстве управления.