Архитектура, организация и конфигурация ЭВМ

ВВЕДЕНИЕ

Семенихин И.Н.

(конспект лекций)

ШАХТЫ 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 ВВЕДЕНИЕ. 4

1.1 Архитектура, организация и конфигурация ЭВМ.. 4

1.2 Общие требования к современным компьютерам. 5

1.3 Классификация компьютеров по областям применения. 8

1.4 Оценка производительности вычислительных систем. 16

2 АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ КОМАНД.. 25

2.1 Классификация архитектур системы команд. 26

2.2 Классификация по месту хранения операндов. 28

2.3 CISC и RISC архитектуры.. 34

2.4 Типы и форматы операндов. 36

2.5 Символьная информация. 48

2.6 Логические данные и строки. 50

2.7 Прочие виды информации. 51

2.8 Типы и форматы команд. 53

2.9 Способы адресации операндов. 62

2.10 Система операций. 69

3 ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭВМ.. 71

3.1 Основные понятия. 71

3.2 Информационная модель ЭВМ.. 71

3.3 Принципы Джона фон Неймана. 75

3.4 Основные компоненты ЭВМ.. 76

4 ЭВМ фон НЕЙМАНА.. 80

4.1 ЭВМ с шинной организацией. 80

4.2 ЭВМ с канальной организацией. 84

Архитектура ЭВМ — абстрактное определение ЭВМ в терминах основных функциональных модулей, языков программирования и структур данных. Архитектура не определяет особенности реализации аппаратной части ЭВМ, времени выполнения команд, степени параллелизма, ширины шин и других аналогичных характеристик. Архитектура отображает аспекты структуры ЭВМ, которые являются видимыми для пользователя-программиста: систему команд, режимы адресации, форматы данных, набор программно-доступных регистров. Одним словом, термин «архитектура» используется для описания возможностей, предоставляемых ЭВМ.

Термин организация ЭВМ определяет описание того, как реализованы возможности ЭВМ.

Весьма часто употребляется термин конфигурация ЭВМ, под которым понимается компоновка вычислительного устройства с четким определением характера, количества, взаимосвязей и основных характеристик его функциональных элементов.

Таким образом, по цепочке архитектура → организация → конфигурация мы переходим от абстрактного определения к описанию конкретной ЭВМ.

Термин «архитектура системы» часто употребляется как в узком, так и в широком смысле этого слова. В узком смысле под архитектурой понимается архитектура набора команд. Архитектура набора команд служит границей между аппаратурой и программным обеспечением и представляет ту часть системы, которая видна программисту или разработчику компиляторов. Следует отметить, что это наиболее частое употребление этого термина. В широком смысле архитектура охватывает понятие организации системы, включающее такие высокоуровневые аспекты разработки компьютера как систему памяти, структуру системной шины, организацию ввода/вывода и т.п.

Применительно к вычислительным системам термин «архитектура» может быть определен как распределение функций, реализуемых системой, между ее уровнями, точнее как определение границ между этими уровнями. Таким образом, архитектура вычислительной системы предполагает многоуровневую организацию.

Архитектура первого уровня определяет, какие функции по обработке данных выполняются системой в целом, а какие возлагаются на внешний мир (пользователей, операторов, администраторов баз данных и т.д.). Система взаимодействует с внешним миром через набор интерфейсов: языки (язык оператора, языки программирования, языки описания и манипулирования базой данных, язык управления заданиями) и системные программы (программы-утилиты, программы редактирования, сортировки, сохранения и восстановления информации).

Интерфейсы следующих уровней могут разграничивать определенные уровни внутри программного обеспечения. Например, уровень управления логическими ресурсами может включать реализацию таких функций, как управление базой данных, файлами, виртуальной памятью, сетевой телеобработкой. К уровню управления физическими ресурсами относятся функции управления внешней и оперативной памятью, управления процессами, выполняющимися в системе.

Следующий уровень отражает основную линию разграничения системы, а именно границу между системным программным обеспечением и аппаратурой. Эту идею можно развить и дальше и говорить о распределении функций между отдельными частями физической системы. Например, некоторый интерфейс определяет, какие функции реализуют центральные процессоры, а какие - процессоры ввода/вывода.

Архитектура следующего уровня определяет разграничение функций между процессорами ввода/вывода и контроллерами внешних устройств. В свою очередь можно разграничить функции, реализуемые контроллерами и самими устройствами ввода/вывода (терминалами, модемами, накопителями на магнитных дисках и лентах). Архитектура таких уровней часто называется архитектурой физического ввода/вывода.

Дата добавления: 2013-12-12