Обобщенная структурная схема эвм:
Основные принципы функционирования эвм с шинной и канальной организацией Функционирование эвм с шинной организацией
Центральный процессор - функциональная часть ЭВМ выполняется основные операции по обработке данных и управлению работы других блоков.
Арифметико-логическое устройство обрабатывает информации, хранящуюся в оперативной памяти. АЛУ формирует по двум входным переменным одну выходную, выполняя заданную операцию (сложение, вычитание, сдвиг и т.д.). Выполнение операций определяется микрокомандой, полученной от устройства управления.
Разряды флагового регистра АЛУ содержат информацию, характеризующую результат операции. Равенство нулю, знак плюс, или минус, правильность выполнения операции. Программный анализ флагов позволяет производить операции ветвления в зависимости от конкретных значений данных.
Регистровая память (регистры процессора). Это набор программно доступных быстродействующих ячеек памяти. К регистрам процессора относятся:
Регистр данных – служит для хранения промежуточных результатов
Регистр аккумулятор – регистр временного хранения, который используется в процессе вычислений (например, в нем формируется результат команды умножения)
Регистр указатель стека – используется при операциях с такой структурой данных, где последнее записанное в него значение извлекается из него первым. Стеки используются для организации работы подпрограмм.
Индексные, указательные и базовые регистры – используются для хранения и вычисления адресов операндов в памяти.
Регистры счетчики – используются для организации циклических участках в программах
Регистры общего назначения – могут использоваться для любых целей, которые определяет программист при написании программы.
Количество регистров и связи между ними влияют на сложность и стоимость процессора, но большое количество регистров с богатым набором возможностей упрощает программирование и повышает возможности программного обеспечения
Устройство управления
Вырабатывает последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд. Устройство управления интерпретирует команду выбранную из программной памяти, и формирует для АЛУ 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 т.д.)
Последовательность микрокоманд соответствующая оной команде называется микропрограммой.
В состав управляющего устройства входят три устройства:
Регистр команды – содержит код команды во время ее выполнения
Программный счетчик – в нем содержится адрес очередной подлежащей выполнению команды.
Регистр адреса – в нем вычисляются адреса операндов, находящихся в памяти.
Пульт управления – предусмотрен для связи пользователя с ЭВМ и позволяет производить сброс в начальное состояние, просматривать регистры и ячейки памяти, записывать адрес в программный счетчик, пошагово выполнять программу при ее отладке и т.д.
Память – устройство предназначено для запоминания, хранения и выборки программ и данных. Она состоит из конечного числа ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес (номер), доступ к ячейке осуществляется путем указания ее адреса. Память способна выполнять два вида операций над данными:
Чтение с сохранением содержимого
Запись нового значения со стиранием предыдущего
Минимальным адресуемым элементом памяти является байт. Совокупность битов которые АЛУ может одновременно поместить в регистр или обработать называется машинным словом. Классификация запоминающих устройств (ЗУ):
По способу организации доступа к доступа к информации:
ЗУ с последовательным доступом – блоки в памяти считываются в том порядке, в котором они физически записаны, пока не будет найден нужный элемент (магнитная лента)
ЗУ с прямым (произвольным) доступом – Доступ к элементу осуществляется по его физическому адресу (магнитный диск)
По способу хранения информации:
ПЗУ – энергозависимое запоминающее устройства для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Из ПЗУ информацию можно только считывать, а выборка осуществляется
ППЗУ (перепрограммируемое запоминающее устройство) – разновидность ПЗУ которое можно неоднократно перепрограммировать
ОЗУ – энергозависимое, в нем хранятся программные команды. Данные и результаты вычислений, требует регенерации (освежение) содержимого памяти
По информационным характеристикам:
По времени выборки из отдельных ячеек (быстродействию)
По объему информации, который может храниться в данном ЗУ (емкость)
По удельной стойкости хранения одинакового объема информации
Для рационального использования и достижения эффективности и экономичности распределяют по нескольким иерархическим уровням
Иерархия – это система памяти из нескольких ЗУ с различным быстродействием и емкостью
Уровни иерархии:
Регистр ЦП – в регистрах размещается функциональное слово (4 байта)
Кэш – Память, содержащая группы слов
ОП – отдельные слова связанного контекста, группы таких слов пересылаются между Кэш и ОП в соответствии с алгоритмом, реализуемом в конкретном устройстве
ВЗУ – В нем хранятся блоки слов
Кэш – при наличии кэш памяти обмен данными между центральным процессором и ОП и ВЗУ осуществляется через Кэш. Использование Кеш дает значительный выигрыш во времени при выполнении программы.
ОП – делятся на статические и динамические, в статистических содержимое не меняется до тех пор, пока не будет сделана новая запись в эту ячейку. В динамических дл запоминания используют заряд конденсаторы. Из-за наличия токов утечки содержимое ячеек необходимо регулярно обновлять. Динамические ЗУ по сравнению со статическими имеют большую плотность ячеек, меньшую потребляемую мощность, но меньшую скорость выборки информации, так как во время регенерации данных ЦП не может обратиться к оперативной памяти.
Периферийные устройства
Устройства внешней памяти
Коммуникационные устройства
Обмен данными с внешними устройствами осуществляется через порты ввода-вывода, которые имеют уникальные номера, которые называются адресами портов ввода-вывода