Основные типы архитектур

Как взаимодействуют между собой устройства, представляющие основные логические компоненты ЭВМ, определяется типом архитектуры. Основные классические типы архитектур:

магистральная,

«звезда»,

иерархическая.

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

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

Архитектура типа «звезда» предполагает, что ЦП соединяется непосредственно с внешними устройствами и управляет их работой. Каждое устройство может связываться с любым другим. Этот способ применялся в двух первых поколениях машин, но с возрастанием числа устройств машины такую организацию становится очень сложно реализовать

В настоящее время используется иерархическая архитектура: ЦП соединен с периферийными процессорами, управляющими другими периферийными процессорами или внешними устройствами.

7. Основные принципы функционирования ЭВМ фон Неймана:

В своей работе Д. фон Нейман в первую очередь указал на необходимость наличия в ЭВМ – вычислителя и памяти, т.е. к первому принципу можно отнести основные компоненты ЭВМ.

Следующим по важности архитектурным принципом построения ЭВМ можно считать использование двоичной системы вычислений. Информация в ЭВМ кодируется в двоичной форме - битах и разделяется на единицы – слова.

Этот принцип существенно расширил номенклатуру физических приборов и явлений для применения в ЭВМ. Так как в двоичной системе используются только две цифры, то для их представления может быть использована любая система с двумя стабильными состояниями (триггер, участок поверхности намагниченный или нет, конденсатор – заряженный разряженный и пр.), что существенно упрощает техническую конструкцию ЭВМ.

Фундаментальным является принцип хранимой в памяти программы. Программа, необходимая для работы ЭВМ предварительно размещается в памяти, а не вводиться команда за командой.

Принцип программного управления ЭВМ гласит, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Все разнообразие команд, использующихся в конкретной ЭВМ, составляет язык машины или ее систему команд.

Для изменения прямолинейного хода выполнения программы или осуществления ветвления необходимо использовать специальные команды условного и безусловного перехода. Условный переход – это возможность перехода в процессе вычислений на тот или иной участок программы в зависимости от промежуточных, получаемых в ходе вычислений результатов.

Использование памяти для хранения программ и данных приводит к необходимости ее удобной логической организации – принцип адресности.

Структурно основная память организована, как совокупность ячеек с последовательными номерами. Адрес – это числа, идентифицирующие конкретное расположение слов в памяти. Память, к любой ячейке которой можно получить доступ за короткое и фиксированное время – RAM (random memory access). Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Возможность выборки данных и команд по определенному адресу и обеспечивает принцип адресности.

Принцип однородности памяти – программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому над командой и данными можно выполнить одинаковые действия, что позволяет изменять программу во время ее исполнения.

Эти принципы несмотря на свою простоту и очевидность, являются фундаментальными положениями, определившими бурное развитие ВТ.

Итак, Функционирование ЭВМ состоит из:

1. устройство ввода принимает информацию – программы и данные и записывает ее в память;

2. Хранящаяся в памяти информация под управлением программы пересылается в АЛУ для обработки;

3. Данные, полученные в ходе обработки, направляются на устройства вывода;

От ЭВМ требуется немногое выполнять заданную программу, которая представляет собой последовательность команд, записанных в памяти. Выполнение каждой очередной команды, т.е. преобразование данных, возлагается на центральный процессор.