1. Аппаратные средства

Основа аппаратных средств представляется множеством интегральных схем (ИС). Характеристикой сложности ИС является уровень интеграции, оцениваемый числом базовых логических элементов, реализованных на кристалле. Существуют аббревиатуры МИС, СИС и БИС, обозначающие микросхемы малой, средней и большой сложности. МИС реализуют простые логические элементы, например шесть инверторов. В виде БИС реализуют микропроцессоры. Существуют БИС с реконфигурируемой структурой, называемые программируемыми логическими (цифровыми) интегральными схемами (ПЛИС). Существуют программируемые аналоговые интегральные схемы (ПАИС).

Управление аппаратными средствами осуществляется с помощью микропрограмм, которые интерпретируют алгоритмы выполнения инструкций (команд) ЭВМ. Микропрограммные устройства управления, реализуемые в виде последовательностной или хранимой логики, вырабатывают последовательность сигналов, подаваемых на управляющие входы ИС в зависимости от сигналов, получаемых с выходов, оповещающих о состоянии ИС. Команды ЭВМ, составляющие пользовательскую программу, хранятся в оперативной памяти (RAM), из которой извлекаются поочередно для выполнения в CPU.

Выделим некоторые характеристики CPU:

1. Тактовая частота.

2. Разрядность операндов и адресов, используемых для выбора ячеек памяти.

3. Система команд, способы адресации, типы данных.

4. Возможность совмещения выполнения нескольких команд (конвейерная обработка).

5. Режимы работы CPU и взаимодействие с другими компонентами.

Приведем значения указанных выше характеристик современных CPU:

1. Данная характеристика измеряется в ГГц и определяет скорость работы ЭВМ.

2. Обычно для персональных ЭВМ используются величины 32, 64 бита.

3) При анализе данной характеристики выделяют 3 класса: 1. CISC – Complex Instruction Set Computer. Избыточность команд и способов адресации. 2. RISC – Reduced Instruction Set Computer. Малое число команд и каждая выполняется за один такт синхронизации. 3. SISC – Specialized Instruction Set Computer. Специализация.

4. В современных микропроцессорах используется конвейерная обработка команд и операндов. Гарвардская архитектура – предусматривает разделение оперативной (основной) памяти на две независимые части для хранения команд и данных. Такое разделение позволяет совмещать процесс выполнения выбранной (текущей) из памяти команды с процессом выборки очередной команды. Принстонская архитектура – предусматривает общую память для команды и данных. Современные процессоры используют многоуровневую кэш-память. Например, L1 – кэш-память размещена на кристалле вместе с CPU, а L2 – на системной (материнской) плате.

5. В обычном режиме работы CPU пользователю предоставляются не все возможности и ресурсы (например, команды, регистры) процессора. Однако пользователю предоставляется возможность переключения режимов с целью доступа к скрытым ресурсам. Например, для одновременного выполнения нескольких задач (порций работы) процессор Intel можно переключить в защищенный режим. Тогда процессор предоставляет средства для сохранения состояния задачи, запуска задачи и передачи управления от одной задачи к другой.

Для взаимодействия CPU с другими устройствами (внешними) используются различные средства и способы:

1. С помощью команд ввода in и вывода out, обеспечивается доступ к внешним устройствам, которые представляются в виде набора ячеек или регистров (портов).

2. Без использования команд (без CPU), но с помощью сигналов, вырабатываемых контроллером для выполнения прямого доступа к памяти (DMA – Direct Memory Access) с целью перемещения (чтения или записи) данных из внешней памяти (устройства) в ОЗУ или наоборот.

3. С помощью запроса от устройства, который прерывает текущую программу, выполняющуюся на CPU. При появлении сигнала (запроса) прерывания осуществляется переход от текущей программы к процедуре обработки прерывания. Источником прерывания может быть аппаратура или программа. Аппаратные прерывания асинхронны, программные – синхронны (используется команда int).

4. С помощью средств дальней связи, осуществляемой: телеграфным способом – через асинхронный порт (COM-port); с использованием модема; через локальные сети.