Простейшие типы архитектур

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.

Если абстрагироваться от подробностей, то основные классические типы архитектур можно определить как следующие: «звезда», иерархическая, магистральная (схематически — рис. 9.1, подробнее — рис. 9.2, 9.3, 9.4).

Рис. 4.1. Основные классы архитектур ЭВМ

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. 4.2). Это однопроцессорный компьютер.

Вычислительная машина включает пять базовых компонент исостоит 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).

Рис. 9.2. Структурная схема ЭВМ 1-го и 2-го поколения (архитектура фон Неймана), «звезда»

Иерархическая архитектура (рис. 4.1, б, рис. 4.3) — ЦУ соединено с периферийными процессорами (вспомогательными процессорами, каналами и пр.), управляющими в свою очередь контроллерами, к которым подключены группы ВУ (системы IBM 360-375);

Рис. 9.3. Структурная схема ЭВМ 3-го поколения (иерархическая)

Магистральная структура (общая шина — unibas, рис. 4.1, в, рис. 4.4) — процессор (процессоры) и блоки памяти (ОП) взаимодействуют между собой и с ВУ (контроллерами ВУ) через внутренний канал, общий для всех устройств (машины DEC, ПЭВМ IBM PC-совместимые).

Рис. 9.4. Структурная схема ПЭВМ

К этому типу архитектуры относится также архитектура персонального компьютера: функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

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.

Второе поколение

Дата добавления: 2014-01-06