Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Понятие об архитектуре и структуре компьютера




Общие принципы организации и работы компьютеров

Введение. Краткая история вычислительных машин

Первыми вычислительными машинами можно считать:

Абак – счетная доска;

Счеты – появились в России.

В XVII веке появляется суммирующая машина фр. ученого Блеза Паскаля. В XIX веке создаются механические арифмометры (Чебышев, Ч.Бэббидж). Первое программируемое устройство счета было разработано при участии Ады Лавлейс – дочери Дж. Байрона (в ее честь разработан язык программирования АДА).

Теоретическую базу электронных вычислительных машин заложили А. Тьюринг (Англия), Э. Пост (США).

Основные принципы построения цифровых вычислительных машин разработаны Нейманом, Голдстайлом, Берксом.

I Поколение

Первая ЭВМ на ламповых схемах появилась в США в 1946г. Первая русская ЭВМ появилась в 1951 году, называлась МЭСМ (малая электронная счетная машина), в 1952 – БЭСМ (быстродействующая электронная счетная машина).

II Поколение

Конец 50-х – начало 60-х годов. Это ЭВМ на полупроводниковых схемах. Минск – 2, Минск – 22, Минск – 32.

Для ввода информации кроме перфоленты, появляются перфокарта, а для запоминания информации – магнитные карты. АЦПУ есть.

III Поколение

Конец 60-х годов. ЭВМ на малых интегральных схемах. В этих машинах для общения с ЭВМ стали использовать видеотерминальные устройства – мониторы. К таким ЭВМ относятся IBM – 360, IBM – 370 (США), ЕС-ЭВМ (СССР), ЕС-1022, ЕС-1035, ЕС-1066.

IV Поколение

Конец 70-х – начало 80-х годов. Компьютеры на базе БИС (больших интегральных схем). ПК относятся к отдельному классу машин 4 поколения. Компьютер фирмы IBM AT (286) появился в 1981году.

V Поколение

Компьютеры пятого поколения находятся в стадии разработки. В качестве элементной базы компьютеров предполагается использовать оптоволоконную технику и оптоэлектронные элементы.

1. Что такое компьютер?

Компьютер (computer) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи c символами.

 

Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.

Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд.

Команда — это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат.
Совокупность всех команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.

Современные компьютеры работают с очень высокой скоростью - от сотен миллионов до нескольких миллиардов операций в секунду.

2. Как устроен компьютер?

Структура компьютеров основана на общих логических принципах, включающих следующие основные устройства:

· память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящая из пронумерованных ячеек;

· процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);

· устройство ввода и вывода.

Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.

Основные устройства компьютера и связи между ними по схеме фон Неймана представлены на рис. 1. Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации. Устройство управления передает управляющие сигналы и контролирует их выполнение для всех устройств компьютера.

Процессор

Рис. 1. Общая схема компьютера

Функции памяти:

· приём информации из других устройств;

· запоминание информации;

· передача информации по запросу в другие устройства машины.

 

Функции процессора:

· обработка данных по программе путем выполнения арифметических и логических операций (АЛУ);

· программное управление работой устройств компьютера (УУ).

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).

В составе процессора также имеется ряд специализированных ячеек памяти, называемых регистрами.

Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды, над которыми специальные электронные схемы могут выполнять некоторые операции.

Основным элементом регистра является электронная схема - триггер, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд).

Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом системой управления.

 

3. На каких принципах построены компьютеры?

В основу построения компьютеров положены следующие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

1. Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Обычно выборка команд программы из памяти осуществляется последовательно друг за другом. Если же нужно перейти не к следующей, а к какой-то другой команде, используются команды условного или безусловного переходов. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Компьютер не различает, что хранится в ячейке памяти — число, текст или команда и выполняет действия, как над данными, так и над командами.

3. Принцип адресности: основная память состоит из пронумерованных ячеек, каждая из которых напрямую доступна процессору.

4. Что такое команда?

Команда — это инструкция операции, которую должен выполнить компьютер.

В общем случае, команда содержит следующую информацию:

код операции, адреса для исходных операндов и адрес для результата.

В зависимости от количества операндов, команды бывают:

одноадресные, двухадресные, трехадресные и переменноадресные.

Команды хранятся в ячейках памяти в двоичном коде.

В современных компьютерах длина команд переменная (от двух до четырех байтов).

В адресной части команды может быть указан сам операнд (число или символ) или адрес операнда, или адрес адреса операнда.

5. Как выполняется команда?

Процесс выполнения команд разбивается на следующие этапы:

· из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд УУ, выбирается очередная команда; содержимое счетчика команд при этом увеличивается на длину команды;

· выбранная команда передается в устройство управления на регистр команд;

· устройство управления расшифровывает адресное поле команды;

· по сигналам УУ операнды считываются из памяти и записываются в АЛУ на специальные регистры операндов;

· УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответствующую операцию над операндами;

· результат операции либо остается в процессоре, либо отправляется в память, если в команде был указан адрес результата;

· все предыдущие этапы повторяются до достижения команды “стоп”.

Понятие об архитектуре и структуре компьютера

При рассмотрении компьютеров принято различать их архитектуру и структуру.

Архитектурой компьютера называется его описание на общем уровне, включающее описание возможностей программирования, системы команд и адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств.

 

Структура компьютера — это есть совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения.

· 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. (см. рис.2)

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

Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных микросхем. Совокупность линий магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.

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

Контроллер — это устройство, которое связывает периферийное оборудование с центральным процессором, освобождая процессор от управления оборудованием.

Рис. 2. Архитектура компьютера.

7. Многопроцессорная архитектура.

При наличии в компьютере нескольких процессоров параллельно может быть обработано много потоков данных и команд. Так что, параллельно могут выполняться разные фрагменты одной задачи.

· Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров вычислительной системы не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою.

Эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен решении задач, имеющих специальную структуру: она должна разбиваться на столько подзадач, сколько компьютеров в системе.

Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. При этом множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд.

Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.

 




Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2019 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных