Лекция №4 (асу-2015) Обобщенная структурная схема эвм

Рассмотренные принципы функционирования ЭВМ предпола­гают, что компьютер должен иметь следующие устройства:

арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции;

устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения программы;

запоминающее устройство (ЗУ), или память для хранения программ и данных;

внешние устройства для ввода (устройства ввода) и вывода (устройства вывода) информации.

При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру.

Под архитектурой ЭВМ понимают ее логическую организацию, состав и назначение ее функциональных средств, принципы кодирования и т. п., — все то, что однозначно определяет процесс обработки информации на данной ЭВМ.

ЭВМ, построенные в соответствии с принципами фон Неймана, называют фоннеймановскими, или компьютерами фоннеймановской (классической) архитектуры.

Структура ЭВМ — совокупность элементов компьютера и связей между ними.

(Слайд 4)

Все устройства ЭВМ соединены линиями связи, по которым передаются информационные и управляющие сигналы, а синхронизация процессов передачи осуществляется при помощи тактовых импульсов, вырабатываемых генератором тактовых импульсов (ГТИ).

Устройство управления и арифметико-логическое устройство в современных компьютерах объединены в один блок — процессор, предназначенный для обработки данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций и программного управления работой устройств компьютера.

Процессор (центральный процессор, ЦП) — программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации, управление им и координацию работы всех устройств компьютера.

Процессор, построенный на одной или нескольких больших интегральных микросхемах, называют микропроцессором.

Как было отмечено выше, микропроцессор включает: ■ арифметико-логическое устройство (АЛУ), предназначенное для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. Простейшим вариантом организации взаимодействия между процессором и любым другим устройством ЭВМ было бы использование отдельного набора проводов для подключения данного устройства к процессору. При этом количество проводов и разъемов процессора было бы неимоверно большим. В большинстве современных ЭВМ для организации процессов обмена информацией между различными устройствами ЭВМ используется общая шина (системная магистраль). Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие, называют интерфейсом.

Системный интерфейс — набор цепей, связывающих процессор с памятью и контроллерами внешних устройств, включая алгоритм передачи сигналов по этим цепям, их электрические параметры и тип соединительных элементов.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры).

Устройства ввода обеспечивают считывание информации (исходных данных и программы решения задачи) с определенных носителей информации (клавиатур, магнитных лент или дисков, датчиков состояний управляемых объектов и т. п.) и ее представление в форме электрических сигналов, воспринимаемых другими устройствами ЭВМ.

Устройства вывода представляют результаты обработки информации в форме, удобной для визуального восприятия (индикаторы, печатающие устройства, графопостроители, экран дисплея и т. п.). При необходимости они обеспечивают запоминание результатов на носителях, с которых эти результаты могут быть снова введены в ЭВМ для дальнейшей обработки, или передачу результатов на исполнительные органы управляемого объекта (например, робота, станка с программным управлением и т. п.).

Память ЭВМ, или ЗУ, обеспечивает хранение команд и данных. Это устройство состоит из блоков одинакового размера — ячеек памяти, предназначенных для хранения одного слова информации. В свою очередь, ячейка памяти включает в себя элементы памяти, состояние каждого из которых соответствует одной двоичной цифре

(О или 1). Совокупность нолей и единиц, хранящихся в элементах одной ячейки, представляет собой содержимое этой ячейки памяти.

Ячейки нумеруются числами, называемыми адресом ячеек. Запись в память слова осуществляется подачей на шину адреса памяти сигналов, соответствующих адресу ячейки, в которую надо поместить записываемое слово, и подачей самого слова на шину записи. Память устроена так, что заданное слово будет передано в ячейку с указанным адресом для хранения, причем в любой момент, обратившись к памяти, можно получить содержимое хранимого там слова. Для этого в память посылается адрес, определяющий местоположение требуемого слова, и она выдает по шине чтения копию слова.

При считывании содержимое ячейки остается без изменения, так что, один раз записав слово, можно сколько угодно раз получать его копии. Это аналогично записи информации на магнитофонную ленту. Запись можно прослушивать с ленты (читать с ленты) сколько угодно раз, но если на ее место записать другую информацию, то первая будет стерта. Однако время доступа к информации на магнитной ленте зависит от того, где записана эта информация (иногда надо перемотать почти всю ленту, чтобы найти нужную запись), тогда как время доступа к любой ячейке памяти всегда примерно одинаково (не зависит от ее номера).