Архитектура ЭВМ

Поколения цифровых ЭВМ

Классификация ЭВМ по принципу действия

Электронная вычислительная машина, компьютер – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки данных в процессе решения вычислительных и информационных задач.

По принципу действия вычислительные машины делятся на аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ). Критерием деления является форма представления данных, с которыми они работают.

ЦВМ – работают с данными, представленными в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

АВМ – работают с данными, представленными в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины, которая является аналогом вычисляемой величины. Чаще всего это электрическое напряжение. На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

ГВМ – работают с данными, представленными и в цифровой и в аналоговой форме. Их целесообразно использовать для задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Наиболее широкое распространение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретных данных – ЭЦВМ, которые обычно называют просто ЭВМ.

Показатель	Поколения
Первое	Второе	Третье	Четвертое	Пятое
1951-1954	1958-1960	1965-1966	1976-1979	с 1985
Элементная база процессора	Электронные лампы	Транзисторы (полупроводниковые схемы)	Интегральные схемы (ИС)	Большие ИС (БИС)	Сверх БИС	+ Оптоэлектроника + Криоэлектроника
Элементная база ОЗУ	Электронно-лучевые трубки	Ферритовые сердечники	Ферритовые сердечники	БИС	СБИС	СБИС
Максимальная емкость ОЗУ (байт)	102	103	104	105	107	108
Максимальное быстродействие процессора (оп/с)	104	106	107	108	109+ многопроцессорность	1012+ многопроцессорность
Средства связи пользователя с ЭВМ	Пульт управления и перфокарты	Перфокарты, перфоленты + АЦПУ	Видео – терминальные устройства	Монохромный графический дисплей + клавиатура	Цветной графический дисплей + клавиатура + мышь	+ Устройство голосовой связи с ЭВМ
Языки программирования	Машинный код	+ Ассемблер	+ Процедурные языки высокого уровня (ЯВУ)	+ Новые процедурные ЯВУ	+ Непроцедурные ЯВУ	+ Новые непроцедурные ЯВУ

Архитектура- это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.

Общие принципы построения ЭВМ, которые относятся к архитектуре:

1. Структура памяти ЭВМ

2. Способы доступа к памяти и внешним устройствам

3. Возможность изменения конфигурации компьютера

4. Система команд

5. Форматы данных

6. Организация интерфейса

Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил Джон фон Нейман. В 1946 году он вместе со своими коллегами опубликовал статью «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства», в которой убедительно обосновывается использование двоичной системы счисления для представления чисел в ЭВМ (до этого машины хранили данные в 10 – ом виде) и излагаются следующие принципы:

1. Принцип программного управления. Он обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Для понятия этого принципа надо знать следующие определения.

Регистр – специализированная дополнительная ячейка памяти в процессоре. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды.

Счетчик команд – регистр устройства управления (УУ), содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды, он служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти. Этот регистр последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. Так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым осуществляется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой – то другой, используются команды условного или безусловного переходов. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти ( принцип хранимой команды ). Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Компьютер не различает, что храниться в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатом вычислений.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Это позволяет обращаться к произвольной ячейке (адресу) без просмотра предыдущих.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских.

На сегодняшний день это подавляющее большинство компьютеров, в том числе и IBM PС – совместимые. Но есть и компьютерные системы с иной архитектурой – например системы для параллельных вычислений.