ЭиМПТ тезисы

Лекция №15

1. ОБЩАЯ АРХИТЕКТУРА ЭВМ 1

1.1 ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО 2

1.2 УСТРОЙСТВА ВВОДА- ВЫВОДА 4

1.3 ШИНЫ 5

1.4 ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР 6

1.5 РЕГИСТРЫ 7

1.6 АРИФМЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО 8

1. Общая архитектура эвм

На рис.1.1 представлен традиционный состав ЭВМ. Такая структура функциональных элементов очень часто на­зывается архитектурой ЭВМ. Самая простая система содер­жит пять устройств:

1. в вода исходной информации;

2. у

   центральный процессор (ЦП)

   правле­ния;

3. арифметических действий;

4. память (ПЗУ И ПЗУ);

5. устройство вывода результатов обработки инфор­мации.

Согласно терминологии, принятой в России, микропроцессор (МП) - программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управления им, построенное, как правило, на одной или нескольких БИС.

Общая структура ЭВМ

Или подробнее

Рис. 1.1.1

Физические устройства, приведенные на рис. 1.1.1 вля­ются аппаратными средствами. Для их полезного использования занесенная в память программа предписывает центральному процессору то, что он должен выполнять.

Под­готовка списка команд называется программированием.

Подготовленный список команд представляет собой про­грамму, которая временно или постоянно размещается в программной памяти. Эти программы перерабатывают ин­формацию, называемую общим термином - данные.

Про­граммные средства - это также общий термин, охватыва­ющий все программы. Помещенные постоянно в программ­ную память, они иногда называются микропрограммными средствами.

Сигналы пересылаются из одного устройства в другое по шинам.

1.1 Запоминающее устройство

Запоминающее устройство ЭВМ состоит из блоков памяти, БИС полупроводниковой памяти.

Память предназначена для хранения двоичных переменных.

Для хранения небольших массивов кодовых слов используются регистры. Но уже при необходимости хранить десятки слов применение регистров приводит к неоправданно большим аппаратурным затратам.

Для хранения больших массивов слов строят запоминающие устройства (ЗУ) с использованием специальных микросхем, в каждой из которых может храниться информация объемом в тысячи байтов.

По выполняемым функциям различают следующее типы запоминающих устройств: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ),

постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), может быть перепрограммируемым- (ППЗУ)

Оперативное ЗУ используется в условиях, когда необходимо выбирать и обновлять хранимую

информацию в высоком темпе работы процессора цифрового устройства.

В цифровых устройствах ОЗУ используются для хранения данных (исходных данных, промежуточных и конечных результатов обработки данных) и программ.

В ОЗУ предусматриваются три режима работы:

- режим хранения при отсутствии обращения к ЗУ,

- режим чтения хранимых слов и

- режим записи новых слов.

При этом в режимах чтения и записи ОЗУ должно функционировать с высоким быстродействием (обычно время чтения или записи слова в ОЗУ составляет десятые и сотые доли микросекунды

Постоянное ЗУ предназначено для хранения некоторой однажды записанной в него информации, не нарушаемой и при отключении источников питания.

В ПЗУ предусматриваются два режима работы: режим хранения и режим чтения с высоким быстродействием. Режим записи не предусматривается.

Используются ПЗУ для хранения программ в таких специализированных цифровых устройствах, которые, функционируя длительное время, многократно выполняют действия по одному и тому же алгоритму при различных исходных данных.

Перепрограммируемое ПЗУ в процессе функционирования цифрового устройства используется как ПЗУ. Оно отличается от ПЗУ тем, что допускает обновление однажды занесенной информации, т.е. в нем предусматривается режим записи. Однако в отличие от ОЗУ запись информации требует отключения ППЗУ от цифрового устройства.

Память организована по байтам, которые являются наименьшей адресуемой группой

битов, с которой ЭВМ может одновременно оперировать, или по словам имеющим такой

же формат в битах, что и рабочие регистры, шина данных и арифметическое устройство

ЭВМ,

Байт состоит из 8 бит, а слово может иметь длину от 4 до 64 бит.

Память организована в массив ячеек, каждая из которых имеет свой собственный адрес.

Рис.1.1.3

Дешифратор адреса ( рис.1.1.3) получает адрес из ЦП и выбирает соответствующую ячейку памяти.

Если организовать несколько матриц (например 8) то можно, при одном и том же значении адреса обрабатывать слово (байт).

Выборка нужной ячейки памяти и извлечение ее содержимого требует определенного времени, которое называется временем доступа к памяти.

Время доступа влияет на быстродействие ЭВМ, так как ЭВМ получает команды и большинство данных из памяти.

Время доступа обычно находится в пределах от единиц не до нескольких сотен наносекунд.

Запоминающие устройства часто подразделяются на блоки, называемые страницами.

Память ЭВМ может содержать либо данные, либо команды, причем и то, и другое представлено в двоичном коде.

Машина, которая пользуется одним и тем же форматом памяти для данных и команд, называется машиной Фон-Неймана, по имени математика, первым, предложившим такие машины.

ЦП должен знать, что он рассчитывает получить в определенный момент времени. Если программа сделает ошибку, то ЦП может принять данные за команду или наоборот.