Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Организация ЭВМ и систем - файл ГЛАВА 1,2-12.03.doc


Загрузка...
Лекции - Организация ЭВМ и систем
скачать (989.6 kb.)

Доступные файлы (10):

ВВЕДЕНИЕ-12.03.doc25kb.19.05.2004 10:51скачать
ГЛАВА 1,2-12.03.doc286kb.19.05.2004 10:51скачать
Глава_3_Часть1.doc232kb.19.05.2004 10:51скачать
Глава_3_Часть2-1.doc237kb.19.05.2004 10:51скачать
ГЛАВА 4.-12.03.Отч.doc852kb.19.05.2004 10:51скачать
ГЛАВА 5.-12.03.doc184kb.19.05.2004 10:51скачать
ГЛАВА 6.-241203_Отч.doc2397kb.19.05.2004 10:51скачать
ГЛАВА 7.-12.03.doc313kb.19.05.2004 10:51скачать
ЛИТЕРАТУРА.doc23kb.19.05.2004 10:51скачать
ОГЛАВЛЕНИЕ.doc52kb.19.05.2004 10:51скачать

ГЛАВА 1,2-12.03.doc

  1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...
РАЗДЕЛ I. СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЭВМ
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И АРХИТЕКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ЭВМ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ

1.1. Структурная схема ЭВМ

ЭВМ - это комплекс электронного и другого оборудования, предназначенный для автоматического решения задач, представленных программами и данными в цифровой форме.

Под программой понимается алгоритм решения задач на языке машины, представляющий собой последовательность команд. В свою очередь команда - это специальное машинное слово, которое определяет операцию вычислительной машины и данные, над которыми эта операция будет выполняться.

Рассмотрим общую структуру ЭВМ, которая с той или иной степенью конкретизации воплощена в ЭВМ любого типа ( рис. 1.1).




В типовой состав ЭВМ входят:

арифметическо-логическое устройство (АЛУ);

устройство управления (УУ), вместе с АЛУ составляющие процессор ЭВМ;

внутренняя память (ВнП), включающая:

оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ);

постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

внешняя память или внешние запоминающие устройства (ВЗУ), вместе с ВнП составляющие память ЭВМ;

устройство ввода информации (УВВ);

устройство вывода информации (УВыВ);

устройство обмена (УО).

Устройства ЭВМ соединяются между собой каналами связи, по которым передаются потоки информации, подлежащей обработке, и сигналы управления.

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ) представляет собой функциональную часть процессора и предназначено для выполнения арифметических и логических операций над данными. Основным узлом АЛУ является сумматор, выполняющий операции сложения чисел. Реализация остальных арифметических операций обычно сводится к выполнению сложения и некоторых других вспомогательных операций. Наряду с сумматором в состав АЛУ входят регистры, обеспечивающие временное хранение информации, подлежащей обработке в АЛУ на данном этапе вычислений.

Устройство управления обеспечивает взаимодействие всех составных частей ЭВМ в процессе решения задач в соответствии с заранее составленной программой ее решения, введенной в ОЗУ. Основной задачей УУ является выборка из ОЗУ кодов команд и их преобразование в необходимые последовательности синхронизирующих, разрешающих, стробирующих и других сигналов управления. С помощью этих сигналов и обеспечивается согласованное взаимодействие всех устройств ЭВМ в процессе автоматического выполнения программы, в том числе выборка из памяти необходимых чисел (их называют операндами), их пересылка в АЛУ, выполнение над ними арифметических действий и т.д.

Память ЭВМ служит для хранения исходных данных, программы, промежуточных и окончательных результатов вычислений. Информация, содержащаяся в памяти ЭВМ, по мере необходимости выдается в другие устройства машины. Память ЭВМ обычно состоит из двух существенно отличающихся по своим характеристикам частей: быстродействующей внутренней (ВнП) и сравнительно медленно действующей, но способной хранить большие объемы информации внешней памяти (ВЗУ).

ОЗУ тесно связана с процессором ЭВМ и служит для хранения информации, используемой в ближайшем цикле вычислений. Информация из ОЗУ извлекается определенными порциями, для чего ОЗУ разбивается на отдельные ячейки, каждая из которых служит для хранения одного машинного слова, представляющего закодированные в двоичном коде данные. Все ячейки памяти последовательно пронумерованы. Номера ячеек являются адресами тех данных, которые хранятся в них. Тесное взаимодействие ОЗУ с АЛУ предъявляет повышенные требования к быстродействию ОЗУ, поскольку оно непосредственно влияет на быстродействие ЭВМ в целом. Современные ОЗУ характеризуются достаточно высоким быстродействием, однако гораздо меньшим, чем быстродействие современных процессоров. В этом случае в ЭВМ включают так называемую сверхоперативную память (СОЗУ), выполненную на регистрах, быстродействие которой соизмеримо с быстродействием процессора. ОЗУ и СОЗУ являются энергозависимыми видами памяти, поскольку при выключении питания информация в них уничтожается. Кроме того, в ЭВМ используется постоянная память (ПЗУ) , предназначенная для хранения различных констант и программ, необходимых для начального этапа работы ЭВМ после включения питания. ПЗУ является энергонезависимым видом памяти.

Внешняя память или ВЗУ служит для хранения больших объемов информации, подлежащей обработке на ЭВМ – данные и программы, непосредственно не участвующие в текущем цикле вычислений. В процессе вычислений между ВЗУ и ОЗУ происходит обмен информацией. Обычно такой обмен производится достаточно крупными блоками, это объясняется тем, что в ВЗУ тратится много времени на поиск нужной информации. ВЗУ строятся на магнитных дисках или лентах, а также на оптических дисках.

УВВ предназначены для ввода в ОЗУ программ и исходных данных решаемых задач, их корректировки, а также управления вычислительным процессом ЭВМ, путем ввода управляющей информации. Примерами УВВ являются: клавиатура (пульты управления), различного вида манипуляторы, а также специальные устройства, например датчики информации о состоянии (поведении) интересующего нас объекта, которым мы управляем.

УВыВ служит для автоматического вывода данных на носитель данных. Формой представления выходных данных могут быть: печатный текст и рисунки (графические изображения), визуально наблюдаемые текст и графические изображения. Наиболее типичными устройствами вывода в первом случае являются принтеры – устройства для вывода информации различного рода на бумажный носитель информации, а во втором случае – дисплей, на экране которого отображается как вводимая, так и выводимая из ЭВМ информация.

Рассмотренные выше устройства (процессор, ОЗУ, ПЗУ и т.д.) являлись основными функциональными устройствами ЭВМ первых поколений. Основным недостатком таких ЭВМ было то, что имело место противоречие между высокой скоростью обработки информации процессором и низкой скоростью работы ВЗУ, УВВ, УВыВ. Это приводило к тому, что процессору приходилось на долгое время прерывать обработку программ, так как он должен был управлять операциями ввода-вывода на этих устройствах. Для устранения указанного недостатка в структурную схему ЭВМ было введено УО, назначением которого явилось управление обменом информации между ОП и отмеченными устройствами. По существу УО (каналы ввода-вывода) являются специализированными процессорами, имеющими свое автономное УУ и даже ОЗУ. Процессор в этом случае выдает лишь команду на выполнение операций ввода-вывода, не прерывая вычислительного процесса, а обмен информацией происходит без участия процессора.

Рассмотренная структурная схема цифровой ЭВМ является характерной и для ряда специализированных ЭВМ, используемых в образцах ВВТ ВВС.

Вместе с тем следует отметить, что разработка БИС и СБИС позволила изготавливать микропроцессоры и другие устройства ЭВМ на одном или нескольких кристаллах, что привело к некоторой модификации структуры вычислительной машины (микроЭВМ, ПЭВМ), которая будет рассмотрена в главе 2.

Таким образом, мы рассмотрели и изучили структуру ЭВМ, состав и назначение входящих в нее устройств. Следующая наша задача – изучить каким образом организуется исполнение заложенной в ЭВМ программы, как она функционирует при выполнении команд.

^ 1.2. Функционирование ЭВМ при выполнении команд

1.2.1. Назначение и структура процессора

Важнейшими понятиями, характеризующими работу процессора, являются частота задающего генератора fк и зависящий от нее такт работы процессора Tпр, называемый также машинным тактом. В течение машинного такта выполняется одна или несколько микроопераций процессора. Чем короче машинный такт, тем выше производительность процессора, выражаемая количеством выполняемых команд (операций) в единицу времени. Производительность процессоров современных ЭВМ достигает от нескольких миллионов до нескольких млрд. операц./с, при этом величина машинного такта Tпр = 10  100 нс.

Обычно, говоря о производительности ЭВМ, подразумевают производительность ее процессора.

Следует иметь в виду, что программа, написанная для выполнения процессором ЭВМ определенного типа, будет выполняться только этим процессором или «родственными» ему процессорами из одного семейства или построенными по одним и тем же принципам работы. Вместе с тем у всех процессоров, несмотря на структурные и временные различия, существует много общих признаков и функциональных особенностей.

Процессоры классифицируют по различным признакам.

В зависимости от принципа организации выполнения операций процессоры различают с микропрограммным (гибким) и схемным (жестким) управлением. При микропрограммном управлении в ПЗУ процессора хранятся микропрограммы, состоящие из микрокоманд, каждая из которых обеспечивает выполнение одной или нескольких микроопераций. Каждому типу машинных команд соответствует определенный алгоритм, и поэтому в ПЗУ хранятся микропрограммы, обеспечивающие выполнение всех типов команд, управляющих работой процессора. При схемном управлении все алгоритмы выполнения команд реализованы схемно, т.е. на основе логических схем. В настоящее время подавляющее большинство процессоров управляется микропрограммно, так как в этом случае удобнее вносить изменение в функционирование команд и даже расширять их состав.

По функциональному назначению различают процессоры центральные (процессоры ЭВМ) и периферийные (ввода-вывода, телеобработки, матричные для выполнения специальных функций).

В зависимости от допустимых форм представления чисел процессоры делятся на обрабатывающие числа с фиксированной или плавающей точкой (запятой), а также десятичные числа. Процессор, обрабатывающий все перечисленные формы представления чисел, называется универсальным.

В зависимости от способа выполнения машинных команд процессоры подразделяются на синхронные и асинхронные. В синхронных процессорах любая команда независимо от ее сложности занимает один машинный такт. Это приводит к неэффективному использованию машинного времени, так как величина такта резко возрастает из-за сложности команд и отрицательно сказывается на эффективности выполнения простых команд. В асинхронных процессорах любая команда занимает лишь время, необходимое для нее, после чего процессор сразу же переходит к следующей команде.

По структуре системы команд, выполняемых процессором они делятся на процессоры со сложной системой команд (CISC-процессоры) и процессоры с сокращенной системой команд (RISC-процессоры). В первом случае расширение набора команд, увеличение числа способов адресации, введение сложных команд сопровождаются увеличением длинны кода команды, в первую очередь, кода операции, что может приводить к использованию “расширяющегося кода операции”, увеличению числа форматов команд. Это вызывает усложнение и замедление процесса дешифрации кода операции и других процедур обработки команд.

В связи с этим, в конце 80-х годов сформировалось альтернативное направление построения процессров, которое предполагает реализацию в ЭВМ сокращенного набора простейших, ночасто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратурные средства процессора и благодаря этому получилось возможность повысить его быстродействие.

При использовании RISC-архитектуры выбор набора команд и структуры процессора (микропроцессора) направлены на то, чтобы команды набора выполнялись за один машинный цикл процессора. Выполнение более сложных, но редко встречающихся операции обеспечивают подпрограммы.

Все процессоры характеризуются разрядностью – максимальной длиной (в битах) обрабатываемых чисел. Самые современные микропроцессоры имеют разрядность более 32 бит.

Упрощенная структурная схема процессора представлена на рис. 1.2.

Она включает в себя арифметическо-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ), блок управления памятью (УП), блок контроля и диагностики (КД) и блок местной памяти (МП). Рассмотрим основные функции блоков процессора.



  1   2   3   4



Скачать файл (989.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru