131 Архитектура компьютеров. Определения, классификация и этапы развития

— * ■ ■-■ **** > ■ I ' ■ ■ И *■!■ — ■ ■ ■■■> ■■■■■^МШИ >1И11И.1И.М-^.„.<>.а „М »—.,„■ ■,,■■■ ■ ■■ ■ !■ ■■■ ' ■» **>•" ■■■■ -^ ■■ ■■ ■■■■ ■ ■ ■■ ■>■»■■■»■■ И Р — ■ -»-

микропрограммами) и операционной системой (программным обеспечением управления функционированием компьютера);

• архитектура микропрограммного управления - задает границу выполнения операций с помощью логических электронных схем и с по­мощью микропрограмм (программ, записанных в постоянной памяти);

• архитектура программного обеспечения - устанавливает уровни разделения используемых языков, модулей и приемы их построения;

• архитектура процессора - устанавливает организацию процессора и интерфейса между процессором и каналами связи;

• архитектура каналов связи - определяет взаимодействие процессоров с периферийными устройствами;

• мультипроцессорная архитектура - устанавливает разделение функций между процессорами и их взаимосвязь.

Приведенные примеры уровней архитектурных решений не претендуют на достаточную полноту. Для каждого из приведенных уровней можно выделить подуровни. Можно расширить перечень самих уровней, например, выделить сетевую организацию связи компьютеров.

Применение характеристик для описания архитектурных особенностей позволяет в краткой и наглядной форме установить отличительные признаки рассматриваемых объектов. Это особенно удобно, если характеристиками являются числовые показатели. Примером этого может служить количество проводников интерфейса (ширина интерфейса), количество процессорных тактов при выполнении команд, степень интеграции микросхем, количество используемых уровней иерархии памяти, количество микроопераций, количество команд и их структура, количество уровней защиты, способов адресации и др..

Из данных примеров видно, что описание архитектуры компьютера не формализовано, что вызывает определенные затруднения при построении многоуровневой классификации вычислительных систем.

В настоящее время установились такие понятия как программная и аппаратная архитектура компьютера, что отражает специфику компьютера как аппаратно-программного комплекса. Каждое из этих понятий нуждается в дальнейшей детализации, реализация которой определяется задачей,

поставленной при изложении материала.

Аппаратная архитектура может быть разделена на структурную, схемотехническую и конструкторскую архитектуру. Каждое из этих направлений имеет свою отличительную совокупность показателей, которые могут претендовать на самостоятельное рассмотрение. Структурные показатели позволяют установить наличие функциональных модулей (блоков) и их взаимосвязь в компьютере. Схемотехнические показатели могут касаться характеристик используемого микропроцессорного комплекса. Конструкторские показатели связаны с выявлением особенностей

14- ■ ■ - , ■■■ -- , | ■■--■- —^... ■--■■ . — ШШ ■■ ... . —Ш. ... ■■ ■ ш ^ Л

принятых конструкторских решений. Последние могут оказаться решающими для персональных компьютеров (ПК) при реализации требования расширения их возможностей, т.е. построения ПК с открытой архитектурой.

Выделение показателей структурной, схемотехнической и конструкторской архитектуры, на наш взгляд, представляет интерес не только для разработчиков, но и для эксплуатационного персонала, который, пользуясь ими, может принять ряд важных решений по организации эксплуатации ПК.

Программная архитектура рассматривает архитектурные показатели компьютера с точки зрения программиста. Детализация программной архитектуры выделяет архитектурные характеристики центральной части ПК и архитектурные характеристики остальных основных функциональных модулей ПК. При этом рассматриваются структуры данных, система сигналов и команд, способы адресации, программно доступные средства, методы управления и основные режимы работы.

1.2. Архитектура аппаратных средств

Архитектура и характеристики аппаратных средств определяют характеристики всего компьютера как программно-аппаратного комплекса обработки информации. Рассмотрим коротко историю развития архитектуры аппаратных средств и их классификацию.

Наиболее обобщенный способ классификации архитектур аппаратных средств компьютера базируется на понятиях потока команд / и потока данных О в вычислительной структуре. При этом различают одинарный поток Я и множественный поток М Соответственно этому подходу можно определить четыре класса структур аппаратных средств ЭВМ.

1. 8180 - архитектура с одинарным потоком команд и одинарным потоком данных. Управления осуществляет одинарная последовательность команд, любая из которых обеспечивает выполнения одной операции со своими данными и дальше передает управления следующей команде. В компьютерах этого типа команды выполняются только последовательно во времени на одном процессорном элементе.

2. М18В - архитектура с множественным потоком команд и одинарным потоком данных, которая получила также название конвейера обработки данных. Она составляет цепочку последовательно соединенных процессоров (микропроцессоров), которые управляются параллельным потоком команд. На вход конвейера из памяти подается одинарный поток данных, которые проходят последовательно через все процессоры, любой из которых делает обработку данных под управлением своего потока команд и передает результаты следующему по цепочке процессору, который

15