Простейшие типы архитектур

Тема 3: Архитектуры микропроцессоров

Лекция 8

План лекции:

7.
Логические узлы ЭВМ

8.
Простейшие виды архитектур

4.
Логические узлы (агрегаты) ЭВМ,

·
Центральное устройство. ЦУ представляет основную ком­поненту ЭВМ и, в свою очередь, включает ЦП — центральный про­цессор (central processing unit — CPU) и ОП — оперативную (главную) память (main storage, core storage, random access memory — RAM).

Процессор непосредственно реализует операции обработки ин­формации и управления вычислительным процессом, осуществляя выборку машинных команд и данных из оперативной памяти и за­пись в ОП, включение и отключение ВУ.

Основными блоками про­цессора являются:

·
устройство управления (УУ) с интерфейсом процессора (сис­темой сопряжения и связи процессора с другими узлами машины);

·
арифметико-логическое устройство (АЛУ);

·
процессорная память (внутренний кэш).

Оперативная память предназначена для временного хранения данных и программ в процессе выполнения вычислительных и ло­гических операций.

ЦУ описывается следующими характеристиками:

·
длина машинного слова (разрядность, адресность);

·
система команд;

·
объем ОП;

·
быстродействие (тактовая частота процессора, цикл запи­си/считывания ОП).

·
Внешние устройства (ВУ). ВУ обеспечивают эффектив­ное взаимодействие компьютера с окружающей средой — пользова­телями, объектами управления, другими машинами. ВУ разделяются на следующие группы:

·
интерактивные устройства (ввода/вывода),

·
устройства хранения (массовые накопители);

·
устройства массового ввода информации;

·
устройства массового вывода информации.

В специализированных управляющих ЭВМ (технологические про­цессы, связь, ракеты и пр.) внешними устройствами ввода являются датчики (температуры, давления, расстояния и пр.), вывода — мани­пуляторы (гидро-, пневмо-, сервоприводы рулей, вентилей и др.).

В универсальных ЭВМ (человеко-машинная обработка инфор­мации) в качестве ВУ выступают терминалы, принтеры и др. уст­ройства.

·
Каналы связи (внутримашинный интерфейс) служат для сопряжения центральных узлов машины с ее внешними устрой­ствами.

Однотипные ЦУ и устройства хранения данных могут использо­ваться в различных типах машин. Известны примеры того, как фир­мы, начавшие свою деятельность с производства управляющих ма­шин, совершенствуя свою продукцию, перешли к выпуску систем, которые в зависимости от конфигурации ВУ могут исполнять как роль универсальных, так и управляющих машин (Hewlett-Packard и Digital Equipment Corporation).

Если абстрагироваться от подробностей, то основные классиче­ские типы архитектур можно определить как следующие: «звезда», иерархическая, магистральная (рис. 2.2, 2.3, 2.4).

Архитектура «звезда». Здесь ЦУ (рис. 2.1, а) соединено непо­средственно с ВУ и управляет их работой (ранние модели машин).

Классическая архитектура (фон Неймана) — одно арифмети­ко-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое прохо­дит поток команд — программа (рис. 2.2). Это однопроцессорный компьютер.

Вычислительная машина включает пять базовых компонент и состоит из следующих типов устройств:

·
центральный процессор (ЦП), включающий АЛУ и УУ;

·
запоминающие устройства — память, в том числе оперативная (ОП) и внешние ЗУ;

·
устройства ввода и устройства вывода информации — внеш­ние (периферийные) устройства (ВУ).

Физически магистраль представляет собой многопроводную ли­нию с гнездами для подключения электронных схем.

Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адре­са, шину данных и шину управления.

Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к ап­паратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.

Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, осво­бождая процессор от непосредственного управления функциониро­ванием данного оборудования.

Все пе­речисленные архитектурные элементы ЭВМ базируются на следую­щих схемных элементах и базовых узлах:

·
память обычно использует возможности и свойства триггера или его аналогов;

·
счетчик (регистр) адреса команд, очевидно, есть схемный узел «счетчик»;

·
сумматор —( полный сумматор или полусумматор);

·
дешифратор (например, команд).

Дата добавления: 2014-10-31