Общие принципы построения современных ЭВМ. Любая вычислительная система включает следующие узлы

Любая вычислительная система включает следующие узлы:

• Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и ло­гические операции.

• Устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения про­грамм.

• Запоминающее устройство (память) для хранения программ и данных. «Внешние устройства для ввода-вывода информации (ВУ).

Рис. 2.1. Логическая организация ЭВМ Одинарные линии называют управляющие связи, двойные - информационные.

В общих чертах работу вычислительной системы можно описать следующим обра­зом; устройство управления инициирует процесс чтения из памяти очередной команды программы, расшифровывает ее и подключает необходимые для ее выполнения цепи и устройства (АЛУ или ВУ), после чего цикл повторяется для выполнения следующей ко­манды. Таким образом, все действия в ЭВМ выполняются под управлением программы, хранящейся в памяти. В связи с этим основным принципом работы ЭВМ является прин­цип программного управления.

Описанный принцип работы и структура ЭВМ - это классическая организация вы­числительной системы, известная под названием неймановской архитектуры. Характер­ным ее отличием является то, что для хранения программ и данных используется одно и то же пространство памяти, т.е. содержимое ячейки памяти интерпретируется оператором обработки информации, в качестве которого в простейшем случае выступает процессор. Другим типом архитектуры является т.н. гарвардская архитектура, в которой память про­грамм и память данных разделены и имеют собственные адресные пространства и спосо­бы доступа к ним.

Подсистема ввода-вывода в простейшем случае представлена набором адресуемых буферных схем и регистров (портов), через которые осуществляется связь с внешними и внутренними аппаратными средствами системы. Подсистема ввода-вывода обычно ис­пользует единый механизм адресации портов, размещаемых в специальном пространстве ввода-вывода. В некоторых системах для размещения пространства ввода-вывода выделя­ется область в пространстве памяти данных - т.н. отраженный на память ввод-вывод. Ор­ганизация доступа к портам в таких системах ничем не отличается от процесса записи-считывания данных в ячейки памяти. В других системах пространство ввода-вывода раз­мещается в специальном логически изолированном от других пространств данных про­странстве - т.н. изолированный ввод-вывод. В этом случае для доступа к портам необхо­димы специальные команды ввода-вывода.

Современные ЭВМ могут иметь различную архитектуру, но обязательно содержат в своей структуре рассмотренные элементы и используют основной принцип функциониро­вания ЭВМ, дополненный новыми принципами, к которым можно отнести принципы мо­дульности, магистральности и микропрограммируемости.

Модульность - это способ построения компьютера на основе набора модулей. Мо­дулем называется конструктивно и функционально законченный электронный блок в стандартном исполнении. Это означает, что с помощью модуля может быть реализована какая-то функция либо самостоятельно, либо совместно с другими модулями.

Магистральность - это способ соединения между различными модулями компьюте­ра, когда входные и выходные устройства модулей соединяются одними и теми же прово­дами, совокупность которых называется шиной. Магистраль компьютера состоит из не­скольких групп шин, разделяемых по функциональному признаку - шина адреса, шина данных, шина управления.

Микропрограммируемость - это способ реализации принципа программного управ­ления. Суть его состоит в том, что принцип программного управления распространяется и на реализацию устройства управления. Другими словами, устройство управления строится точно так же, как и весь компьютер, только на микроуровне, т.е. в составе устройства управления имеется своя память, называемая управляющей памятью или памятью микро­команд, свой "процессор", свое устройство управления и т. д.