Лекция 4. Основные принципы организации работы вычислительных машин и систем

Принципы организации вычислительного процесса базируются на концепции Дж. Фон Неймана. Согласно этой концепции имеется автономно работающая ВМ, состоящая из Устройства управления (УУ), Арифметико-логического устройства (АЛУ), Основной памяти и устройства ввода-вывода.

В связях, соединяющих устройства, выделены потоки данных, команд и управления. Преобразование данных осуществляется последовательно под централизованным управлением от программы, состоящей из набора команд. Набор команд составляет машинный язык низкого уровня.

Для организации ВМ были предложены следующие принципы:

1. Двоичное кодирование информации, разделение ее на слова фиксированной разрядности.

2. Линейно-адресная организация памяти. (N ячеек по n разрядов.) Аппаратные средства для записи, хранения и чтения слова из n двоичных разрядов называют ячейкой памяти. Ячейки пронумерованы по порядку (0, 1, 2, …, N-1). Номер ячейки – адрес. В командах программы адрес является именем переменной, хранящейся в соответствующей ячейке.

3. Представление алгоритма программой, состоящей из команд. Команда – это предписание, определяющее шаг процесса выполнения программы. Она содержит Код операции, адреса операндов и другую служебную информацию.

4. Хранение команд и данных в одной памяти. Различие их заключается только в способе использования и интерпретации считанного из памяти слова.

5. Вычислительный процесс организуется как последовательное выполнение команд в порядке, определяемом программой.

6. Жесткость архитектуры – неизменность в процессе работы ВМ, ее структуры, списка команд, методов кодирования данных.

При работе ВМ наиболее интенсивное взаимодействие осуществляется между АЛУ и УУ. С развитием элементной базы эти устройства объединили позднее в один блок, который получил название процессор.

Все устройства ВМ делятся на центральные и периферийные. Центральные устройства полностью электронные, периферийные могут быть либо электронными, либо механическими с электронным управлением.

В состав центральных устройств входят центральный процессор, основная память и ряд дополнительных узлов, выполняющих служебные функции.

Основным узлом, связывающим микропроцессорный комплект в единое целое, является системная магистраль (системная шина). Она состоит из трех типов шин: шина данных, шина адреса, шина управления. В состав системной магистрали входят регистры защелки, в которых запоминается передаваемая информация, шинные арбитры, определяющие очередность доступа к системной магистрали и др.

Логика работы системной магистрали, количество разрядов (линий) в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций, возникающих при одновременном обращении различных устройств машины к системной магистрали, образуют интерфейс системной шины.

Периферийные устройства делятся на два вида: внешние ЗУ (НМД, НГМД, НМЛ) и устройства ввода-вывода: клавиатура, монитор, принтер, мышь, адаптер каналов связи и т.д.

Дата добавления: 2014-01-05