Структурная организация, функции и архитектура ЭВМ и систем

Основные понятия, принципы функционирования и характеристики ЭВМ

План лекции

– Структурная организация, функции и архитектура ЭВМ и систем;

– история создания вычислительных машин и систем;

– классическая архитектурная и структурная организация компьютерных систем;

– укрупненная структурная схема вычислительной системы;

– состав и основные функции блоков системы;

– состав процессора ЭВМ;

– основные функции блоков и устройств процессора ЭВМ;

– базовый цикл работы процессора;

– функциональные характеристики вычислительных систем;

– требования, предъявляемые к техническим средствам ЭВМ.

Основная часть лекции

Структурная организация, функции и архитектура ЭВМ и систем

Любой компьютер, даже, самый простой, представляет собой сложную систему, состоящую из сотен тысяч или даже миллионов простейших электронных компонентов. Единственный способ понять функционирование и структуру подобного рода сложных систем, это выполнить иерархическую декомпозицию. При описании компьютерных систем различают их структурную организацию и архитектуру.

Под архитектурой вычислительной системы обычно понимают те структурные блоки и устройства, которые доступны программе, и их состояние может быть отображено на терминале системы. Архитектура вычислительной системы характеризуется количеством и типами машинных команд, форматом разрядной сетки регистров процессора, используемых для представления данных, методом адресации памяти системы, механизмом обращения к устройствам ввода-вывода.

Структурная организация вычислительной системы отображает взаимосвязи всей совокупности операционных блоков и устройств системы. Характеристики структурной организации включают скрытые от программиста детали аппаратной реализации системы – управляющие сигналы, аппаратный интерфейс между процессором и внешними устройствами, типы используемой памяти и технологию её функционирования и т.д.

Структура и функции компьютера по существу довольно просты. В самом общем смысле функций всего четыре:

• обработка данных;

• хранение данных;

• перемещение данных;

• управление.

Компьютер в первую очередь обязан обрабатывать данные, которые могут принимать самые разные формы, а диапазон выполняемых операций по их обработке может быть очень широк.

Существенное место занимает и функция хранения данных. Даже если компьютер обрабатывает данные на ходу, т.е. по мере их поступления из операционной среды, компьютер должен хотя бы временно хранить промежуточные результаты и фрагменты данных, которые обрабатываются в текущий момент времени. Таким образом, система должна выполнять функцию хранения данных хотя бы короткое время. Но в большинстве случаев от компьютера требуется выполнение функции долговременного хранения файлов данных.

Компьютер должен также уметь перемещать данные, причем в обе стороны, т.е. получать первичные данные из операционной среды и отправлять результаты обработки внешним устройствам. Процесс перемещения данных между компьютером и операционной средой называют процессом ввода-вывода (data communication), а устройства, входящие в состав операционной среды, — периферийными устройствами.

И, наконец, от компьютера требуется еще и выполнение функции управления, так как три предыдущие функции должны выполняться в определенной последовательности. В конечном счете, функция управления возлагается на программу.