Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Гарвардская архитектура





Помощь в написании учебных работ
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь

Исторически первой появилась гарвардская структура, разработанная Говардом Эйкеном в конце 1930-х годов в Гарвардском университете и реализованныя в компьютере Марк-1. В первом компьютере Эйкена «Марк I» для хранения инструкций использовалась перфорированная лента, а для работы с данными — электромеханические регистры. Это главный отличительный признак – раздельное хранение и обработка команд и данных (использование раздельных адресных пространств). Это позволяло одновременно пересылать и обрабатывать команды и данные, благодаря чему значительно повышалось общее быстродействие. Принципиально невозможно производить операцию записи в память программ, что исключает возможность случайного разрушения управляющей программы в случае неправильных действий над данными. Она почти не использовалась до конца 70-х годов. Однако оказалось, что в микрокомпьютерах объем данных очень невелик по сравнению с управляющей программой. Применение отдельной небольшой по объему памяти данных способствует сокращению длины команд и ускорению поиска информации в памяти данных. Гарвардская архитектура применяется в микроконтролерах, где требуется обеспечить высокую надёжность работы аппаратуры. Однако такая схема имеет очевидный недостаток — высокую стоимость. При разделении каналов передачи команд и данных процессор должен иметь почти в два раза больше выводов (раздельно для шины адреса и шины данных).


Принципы фон Неймана; фоннеймановская архитектура

В большинстве современных IBM-совместимых компьютерах реализована архитектура фон Неймана, основанная на «принципах фон Неймана». Перечислим некоторые принципы, важные в рамках данного курса.

1. Для представления данных и команд используется двоичная система (логика. алгебра и арифметика);

2. команды и данные хранятся в одной и той же памяти, над командами можно выполнять такие же (двоичные) действия, как и над данными;

3. Все команды располагаются в памяти и обычно выполняются последовательно. хотя возможен и условный переход – «перескакивание» через серию команд.



Такая организация позволяет производит загрузку и выгрузку управляющих программ в произвольное место памяти, которая в этой структуре не разделяется на память программ и память данных. Любой участок памяти может служить как памятью программ, так и памятью данных. Причём в разные моменты времени одна и та же область памяти может использоваться и как память программ и как память данных. Для того, чтобы программа могла работать в произвольной области памяти, её необходимо модернизировать перед загрузкой, то есть работать с нею как с обычными данными. Эта особенность архитектуры позволяет наиболее гибко управлять работой микропроцессорной системы. С другой стороны, это создаёт принципиальную возможность искажения управляющей программы, что понижает надёжность работы аппаратуры. Подавляющее большинство современных компьютеров основаны именно на указанных принципах, включая и сложные многопроцессорные комплексы, которые можно рассматривать как объединение фон-неймановских машин.

 


Архитектура компьютера IBM

Работа над первым персональным компьютером IBM PC была закончена в 1981 году компанией IBM. Разработчикам была предоставлена полная сводоба действий и очень ограниченный бюджет. Свобода состояла в том, чтобы не заниматься разработкой персонального компьютера (ПК) «с нуля», а воспользоваться готовыми блоками других фирм. Сотрудники подразделения стали выбирать лучшие предложения, имеющиеся на тот момент. В качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новенький тогда микропроцессор Intel-8088 (известнейшей на сегодняшний день фирмы Intel). Японский зеленый экран монитора (нет пореключаталя «вкл/выкл - ») (24 строки, 80 позиций), «кликающая» клавиатура с небольшими клавишами Shift и Return и дисковая операционная система DOS малоизвестной фирмы Microsoft.

Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. Существовал некий базовый состав блоков, необходимый для работы ПК (осуществляет обработку информации). Он смонтирован на основной электронной плате компьютера IBM PC (системной, или материнской, плате). Узлы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера – монитором, дисками, принтером – реализованы на отдельных платах (контроллерах), которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате – слоты. К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий металлический или пластмассовый корпус – системный блок. Ни эти компоненты, ни система ввода-вывода не были лицензированы. Более того, методы сопряжения устройств с компьютером IBM PC не только не держались в секрете, но и были доступны всем желающим, принцип соединения частей в целое был подробно описан.

В этом состоит принципиальное отличие IBM-совместимых компьютеров с открытой архитектурой и Macintosh, которые построены на закрытой архитектуре.

Основополагающие принципы открытой архитектуры следующие:

 


  • конструкция предусматривает возможность расширения системы;

  • использование технических решений и технологий не требует лицензионных затрат;

  • возможно изменение базового состава системы самим пользователем.

 

Компьютер получается модульным. Он легко расширяется и модернизируется с использованием этих гнезд, к которым пользователь может подключать разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым конфигурировать свою машину в соответствии с личными предпочтениями.

Это возможно потому, что каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) подсоединяется к единой общей для всего компьютера магистрали – системной шине. Можно сказать, что это провод с ответвлениями, идущими к слотам. Для согласования работы (интерфейсов) периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры или адаптеры (наборы электронных цепей, узлы), которые и соединяются со слотами.

Открытая архитектура позволяет другим производителям разрабатывать дополнительные устройства к системам с такой архитектурой. Детали компьютера совместимы и взаимозаменяемы, компьютер легко модернизировать, приобретая и устанавливая новые устройства, заменять вышедшие из строя и устаревшие детали новыми. Наибольшую выгоду от открытости архитектуры IBM PC получили пользователи, поскольку открытость архитектуры IBM PC привела к появлению множества производителей «IBM PC-совместимых компьютеров» и росту конкуренции между производителями комплектующих, что привело к удешевлению деталей компьютеров и их широкому распространению.


Базовые компоненты компьютера

Существует некий базовый состав блоков, необходимый для работы ПК, а открытая система позволяет пользователю самостоятельно дополнять и изменять блочный состав компьютера, при этом, конечно же, функциональная завершенность системы не должна быть нарушена.

 


  • Один центральный процессор (серии x86 фирмы Intel или их аналоги).

  • Система имеет BIOS - средство поддержки этого набора компонентов.

  • Задействован механизм конфигурирования.

  • ПК имеет системный реестр и память для хранения сведений о конфигурации системы.

  • Реализована система прерываний и прямого доступа к памяти.

  • Всем устройствам компьютера выделены "свои" адреса.


Процессор и основная память находятся на большой плате, которая называется материнской. Для подключения к ней периферийных устройств (дисководов, манипуляторов типа мыши, принтеров и т.д.) служат специальные платы - контроллеры. Они вставляются в разъемы (слоты) на материнской плате, а к их концу(порту), выходящему наружу компьютера, подключается дополнительное устройство. Таким образом, периферийные устройства подключаются к системной магистрали не непосредственно, а через специальные устройства - контроллеры. К магистрали подключены блоки компьютера. Все устройства пронумерованы. Для обращения процессора к внешнему устройству в магистраль посылается его адрес. Устройство может быть свободно или занято. Приняв сигнал "свободно", процессор посылает ему информацию. Контроллер внешнего устройства можно сравнить с телефонным аппаратом, который принимает сигнал от процессора и дешифрует его. Например, контроллер экрана, приняв от процессора сигнал 01000001 (код буквы "А"), преобразует его в указание электронно-лучевой трубке изобразить на экране букву "А".


Процесс взаимодействия компонентов компьютера можно рассмотреть на примере процессора и памяти. Их взаимодействие сводится в основном к двум операциям:запись информации в память и чтение информации из памяти.

Шина имен не один, а три канала связи, три отдельных кабеля, причем некоторые из них – многожильные. При записи процессор по специальным проводникам (они называются шиной адреса) передает биты, кодирующие адрес; по другим проводникам (они называются шиной управления) передает управляющий сигнал - "запись" и по еще одной группе проводников (она называется шиной данных) передает записываемую информацию. (Внимание, ребята! Вот Вы, девушка в синем свитере, да, да! Поднимите руку!). При чтении также по шине адреса передается соответствующий адрес оперативной памяти и с шины данных считывается требуемая информация. Число одновременно передаваемых по шине адреса и шине данных разрядов (битов) называется разрядностьюсоответствующей шины; разрядность шины данных -максимальную порцию информации, которую можно получить из памяти за один раз. Обычно объем оперативной памяти компьютера меньше, чем максимально возможный для процессора.

Более полный список компонентов компьютера: кроме материнской платы включает центральный процессор, генератор тактовой частоты, пульт управления, память-ОЗУ, ПЗУ, CMOS, чипсет, контроллеры, порты, устройства В/В.

 





Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 1328; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2022) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.036 сек.