ВМ и К. Лекция № 4.

1
ВМ и К. Лекция № 4. Реферат.
Структура ВМ. Принципы работы ВМ.
1. Части ЭВМ и их взаимодействие
ЭВМ, изображенная на Рис. 1, состоит из трех основных устройств: арифметического
устройства(АУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и центрального устройства управления (ЦУУ). Двойными стрелками
ПУ
АУ
ЦУУ
Адрес
Ввод
Команда
ОЗУ
МУУ
Вывод
ВЗУ
Рис. 1
показаны пути передачи данных, одинарными — пути управляющих сигналов.
1.1. Арифметическое устройство (АУ). Обычно АУ выполняет, как минимум, арифметические операции (в нескольких вариантах: с округлением и без округления, вычитание модулей, умножение с двойной точностью, взятие модуля числа и т. п.), три основных логических
операции и сдвиги числа вправо и влево на заданное число разрядов. Поэтому его еще называют арифметическо-логическим устройством (АЛУ).
1.2. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) разделено на отдельные ячейки. В
каждой ячейке содержится одно слово. Принцип работы ОЗУ такой же, как автоматической
камеры хранения. Все ячейки пронумерованы от 0 до N. Номер ячейки называется адресом
Подобно тому как при пользовании автоматической ка мерой хранения нам не нужно объяснять, что храните в ее ячейке, а нужно набрать только шифр этой ячейки. Заметим, что ОЗУ
устроено так, что когда мы «берем» из него слово, его значение считывается из ячейки а оригинал остается в ячейке. Когда слово посылается в ячейку ОЗУ, то ранее находившееся там
слово стирается и вместо него записывается посылаемое. В нулевой ячейке (ее практически
нет) всегда хранится нуль, и в нулевую ячейку ничего нельзя посылать.
1.3. Центральное устройство управления. В него поступают команды. ЦУУ обрабатывает код очередной операции на специальном блоке, называемом дешифратором, и превращает КОП в серию управляющих импульсов, предназначенных для тех устройств, которые
участвуют в данной операции. Затем расшифровывается адресная часть команды и управляющие импульсы посылаются в ОЗУ - операция выполняется с участием всех устройств, запущенных ЦУУ. После этого в ЦУУ подается следующая команда, и так продолжается такт
за тактом, команда за командой, пока задача не будет решена.
2
Рис. 2
2. Первые противоречия.
3. Интеллектуальность ЭВМ
4. Программы в машинных
кодах. Автокод.
5. Второе поколение ЭВМ
Поколение ЭВМ - деление достаточно
условно так как эволюция архитектуры и
структуры ЭВМ происходит непрерывно.
Единственный параметр, изменяющийся
качественно дискретно, - это элементная
база логических схем.
Переход элементной базы ЭВМ от
электронных ламп к транзисторам и принят за границу между первым и вторым поколениями ЭВМ. На самом деле к моменту смены элементной базы
произошли также достаточно большие усовершенствования в структуре, архитектуре и режимах использован
ЭВМ. Укажем важнейшие из них.
1. Переход на полупроводниковую элементную базе: уменьшил габариты и энергопотребление; снизил
стоимость ЭВМ в целом и стоимость операции; возникла характеристика
P = стоимость / производительность;
2. Перевод ОЗУ на ферриты обеспечил : удешевление ОЗУ и системы управления ÎÇÓ; секционирование
ОЗУ; увеличение объемов ОЗУ.
3. Встраивание в АУ некоторого количества сверхбыстрых запоминающих устройств емкостью на одно слово - регистров,
- выполняются они, как и логические схемы АУ, на транзисторах, поэтому их быстродействие выше, чем у
ОЗУ;
- часто целесообразно промежуточный результат, если он скоро (не обязательно в следующем такте) понадобится в качестве операнда, не отсылать в ОЗУ, а запомнить в одном из регистров. Появляется еще один тип
команд, в которых в качестве адресов фигурируют не ячейки ОЗУ, а регистры АУ.
4. Расширение номенклатуры и увеличение количества ВЗУ на магнитных носителях: магнитных лентах,
магнитных барабанах, магнитных дисках,
магнитных картах.
5. Расширение номенклатуры и количества устройств ввода-вывода. Помимо устройств считывания-записи
на перфокарты и перфоленты, вывода на цифровые печатающие устройства, появляются алфавитно-цифровые
устройства вывода на широкую бумажную ленту, в качестве устройств ввода-вывода применяются телетайпы,
и устройствами ввода-вывода возложили на него. Поэтому и появляются местные устройства управления
(МУУ), которым ЦУУ передает часть своих функций.
6. Развитие языков высокого уровня: Фортран, Алгол, Кобол и трансляторов с них. Различаются программы,
записанные на алгоритмических языках и получаемые в машинных кодах после трансляции: исходные модули и
объектные модули.
Все шире применяются библиотеки объектных модулей, чтобы избежать лишней работы по программированию исходных модулей, транслирования и отладки объектных модулей.
7. Использование ЭВМ для учетно-плановых работ. В этих условиях экономически важным становится коэффициент полезного использования ЭВМ. Появляются начальные формы пакетной обработки данных, при которых в ЭВМ вводятся сразу несколько задач для последовательной обработки. Чтобы уменьшить число обращений к устройствам ввода-вывода, несколько задач объединяются (блокируются) в один общий поименованный массив данных - файл, а после ввода специальной программой он деблокируется на отдельные задачи,
обрабатываемые последовательно.
6. Характерные признаки ЭВМ третьего поколения.
6.1. Переход к 3-му поколению выражен достаточно четко, и его можно отметить рядом существенных признаков.
1. По элементной базе- переход от дискретных полупроводниковых элементов к интегральным схемам (ИС).
Это уменьшило габариты, энергоемкость, повысило надежность ВС.
2. По структуре данных и команд - переход к стандартным структурам: байт (6, в дальнейшем 8 бит); полуслово (16 бит, 2 байта); слово (32 бит, 4 байта); двойное слово (64 бит, 8 байтов). В ЭВМ введено несколько
форматов команд, имеющих в целом побайтовую структуру.
3
3. В центральном процессоре введена система прерывания. 4.Все управление ЭВМ автоматизировано, верхний уровень автоматизации осуществляет комплекс программ, объединенный в операционную систему (ОС).
ОС является неотъемлемой составляющей частью ЭВМ без которой она работать не может. Пользователь общается с ЭВМ через ОС, которая синхронизирует работу аппаратной части через систему прерываний и таймер - электронные часы.
5. ЭВМ работает в многопрограммном режиме работы
6. Усилена иерархия памяти; ОЗУ делится на блоки с независимыми системами управления, могущие работать одновременно, в процессоре появляются элемент ограниченной сверхбыстродействующей памяти на электронных регистрах. Ячеечная структура ОЗУ дополняется более крупным структурным объединением - строницеи, сегментом.
7. Значительно расширена номенклатура и число периферийных устройств и устройств внешней памяти, в
том числе вводятся в качестве основного устройства внешней памяти магнитные диски НМД (накопители на
магнитных дисках).
8. Несколько моделей одной архитектуры, отличающихся производительностью, но программно совместимых «снизу вверх» с совместимыми для всех моделей периферийными и внешними запоминающими устройствами, объединены в одно семейство (ряд).
9. Введены специальные периферийные процессоры (каналы) для управления ВЗУ и периферией.
6.2. Структурная схема ЭВМ третьего поколения и взаимодействие её узлов.
Структурная схема ЭВМ третьего поколения (Рис. 3. ) характеризуется наличием обязательных (стандартных) функциональных устройств пяти уровней:
 центрального обрабатывающего устройства (процессора);
 оперативной памяти;
 каналов;
 устройств управления периферийными устройствами;
 периферийного оборудования.
Внутренняя организация каждого из этих устройств может быть различной, но при этом
сохраняются общие принципы работы , обеспечивающие совместимость и единые принципы
управления системой.
Периферийное оборудование через устройства управления подключаются к каналам посредством стандартного интерфейса ввода вывода. Собственно этот интерфейс можно считать шестым обязательным уровнем системы.
Каналы имеют связь с центральным процессором (ЦП), поскольку последний управляет
всей системой в целом, и непосредственную связь с оперативной памятью (ОП), благодаря
чему достигается независимая работа каналов и процессора. Система допускает подключение
каналов различного типа: байт-мультиплексных; блок- мультиплексных; селекторных.
Структура ЭВМ допускает возможность подключения дополнительных ( нестандартных)
функциональных устройств (например, матричного процессора, адаптера канал-канал), а
также различных пультов , обеспечивающих связь между двумя процессорами на уровне
внешних запоминающих устройств или общего поля оперативной памяти при организации
вычислительных комплексов.
ЦП является ядром системы. В его функции входят: выполнение арифметических и логических операций; организации обращений к ОП, выборка и дешифрация команд, инициирование работы исполнительных блоков и процедур ввода-вывода, обработка прерываний и
ДР.
Единство принципов работы в системе ЭВМ достигается стандартными средствами: регистром слова состояния программы; общими регистрами; регистрами с плавающей запятой;
управляющими регистрами. Эти регистры образуют внутреннюю память процессора. Соблюдение принципов работы обеспечивается также единством форматов и форм представления команд и данных.
7. Структурная схема ПЭВМ.
Основной отличительной особенность структурной схема ПЭВМ ( Рис. 4. ) от структурной схемы ЭВМ третьего поколения является подключение внешних устройств непосредственно к системной магистрали данных ( шины ) минуя каналы ввода -вывода. Это приво-
4
дит к тому, что быстродействие системной шины ограничивает пропускную способность
подсистемы ввода вывода.
Оперативная память
Процессор
Каналы
Байтмультиплексный
Устройство управления памятью
Центральное
устройство
управления
Арифметическо-логическое
устройство
Операции с
фиксированной
запятой
Управляющие регистры
( 16 )
Операции
с полями
переменной длины
и десятичными числами
Блок- мультиплексный
Операции
с плавющей запятой
Селекторный
Регистры обще- Регистры плаго назна-чения вющей запя( 16 )
той ( 4 )
Интерфейс ввода-вывода
Устройства управления
внешними устройствами
( Адаптеры )
Внешние устройства: НМД; НМЛ; АЦПУ; Дисплеи; ПЭВМ;
Модемы; Графопостроители и т. д.
Рис. 3. Структурная схема ЭВМ третьего поколения .
Системный блок компьютера
Системная (матрица) плата
Сопроцессор
Оперативная Контроллер
память
клавиатуры
Процессор
Системная магистраль данных (шина)
Адаптер
монитора
Монитор
Контроллеры
доп.устройств
Доп.устройства
стример,модем,
cканер и т.д. )
Адаптер
портов
Контроллер
дисков
Клавиатура
Жесткий диск
(винчестер)
Дисководы
для гибких
дисков
(диске)
Устройства, подключаемые
через порты (принтер,
мышь, джойстик и т. д.)
5
Рис. 4. Структурная хема
ПЭВМ.
6