Компьютер. Каноническая структура компьютера.
Компьютер — устройство или система, способная выполнять заданную, чётко определённую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако сюда относятся и операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программой. Электронная вычислительная машина, ЭВМ — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
Каноническую функциональную структуру ЭВМ, связывают с именем Дж. фон Неймана. Структура ЭВМ включает арифметико-логическое устройство (АЛУ), память или запоминающее устройство (ЗУ), устройства ввода (УВв) и вывода (УВыв) информации и устройство управления (УУ). Функциональное назначение устройств ЭВМ: АЛУ служит для выполнения арифметических и логических операций над данными (операндами: числами или словами, в частности, буквенными последовательностями), а также операций условного и безусловного переходов; ЗУ используется для хранения программ и данных; УВв – для ввода программ и данных, а УВыв – для вывода из ЭВМ любой информации (в частности, результатов); УУ координирует работу всех остальных устройств при выполнении программ.
Компьютер. Структура компьютера с программно управляемым интерфейсом ввода-вывода.
Компьютер. Структура компьютера с каналами ввода-вывода.
Компьютер. Структура компьютера с общей шиной
Арифметико-логическое устройство. Структура АЛУ.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — блок процессора, который под управлением устройства управления (УУ) служит для выполнения арифметических и логических преобразований (начиная от элементарных) над данными, представляемыми в виде машинных слов, называемыми в этом случае операндами.
Операционная часть (ОЧ) состоит из сумматоров, регистров, счетчиков, устройств приема входных данных, устройств обработки и выдачи результатов обработки, т.е. ОЧ – это цифровой автомат. На вход ОЧ поступают операнды из оперативной памяти, которые участвуют в операции. Отдельные компоненты устройств (сумматор, регистры, шифраторы, мультиплексоры) соединены между собой согласно схемам выполнения предусмотренных операций. Эти соединения выполнены через вентили (логические схемы И).
Управляющая часть (УЧ) вырабатывает управляющие сигналы у1, у2, …, уn, которые поступают на определенные устройства ОЧ для выполнения элементарных операций по ее обработке. Элементарная операция, выполняемая за один такт машинного времени под воздействием одного управляющего сигнала, называется микрооперацией. Примерами микроопераций могут служить следующие элементарные действия:
· сброс (очистка) регистра,
· занесение числа в регистр,
· сдвиг числа в регистре,
· подача числа на вход сумматора,
· передача результата с сумматора на регистр,
· инвертирование числа в регистре и т.д.
Устройство управления. Синхронный и асинхронный способы управления уу.
Блок центрального управления генерирует сигнал о начале выполнения очередной команды (связь 1). Ее адрес А находится в счетчике адреса команд.
Блок выборки из памяти по сигналу считывает из ОЗУ по адресу А, который выбирается из счетчика адреса команд (связь 8), очередную команду (связь 2) и помещает ее на временное хранение в регистр команд (связь 3).
Дешифратор кода операции выбирает код (связь 4) и расшифровывает его. Затем передает информацию блоку формирования управляющих сигналов (связь 10):
если операция арифметическая, от блока формирования управляющих сигналов поступает сигнал в блок выборки из памяти (связь 5) с командой считать из ОЗУ операнды, расположенные по адресам, указанным в регистрах первого и второго операндов (связь 6), и поместить их в соответствующие регистры АЛУ (о структуре АЛУ см. в п. 9.3). Затем формируется сигнал в АЛУ на выполнение нужной операции (связь 7). Счетчик адреса команд увеличивается на объем команды (связь 9);
если операция ввода-вывода, блок формирования управляющих сигналов формирует сигнал УВв и УВыв (связь 7). Счетчик адреса увеличивается на объем команды (по связи 9);
если операция условного перехода, блок центрального управления анализирует результат предыдущей операции, находящийся в АЛУ. Если знак результата отрицателен, в счетчик адреса команд записывается адрес из регистра первого операнда. Если знак положителен, в счетчик адреса команд записывается адрес из регистра второго операнда. Если результат равен 0, в счетчик адреса команд добавляется 1(не показано)
если операция безусловного перехода, в счетчик адреса команд пересылается содержимое регистра первого операнда (связь не показана).