Общая организация ЭВМ.Организация по Фон Нейману и гарвардская

ЭВМ (ВМ ) - это совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для обработки информации. ВМ обычно содержит один основной процессор и, возможно, несколько сопроцессоров, имеет фиксированный состав и универсальное применение.

Вычислительные системы (ВС) - содержат несколько процессоров, имеют переменный состав и являются проблемно-ориентированными.

Состав аппаратных и программных средств ВМ :

Аппаратные средства :

-Процессор-основное устройство управления и обработки данных.

-Память–набор устройств для хранения информации, используемой в процессе работы машины.

-Внешние устройства обеспечивают взаимодействие машины с внешней средой (в том числе, с пользователями).

-Шины и протоколы связи реализуют физическую среду и алгоритмы обмена данными между различными устройствами.

Программные средства :

-Операционные системы - основные средства управления выполнением программ и распределением ресурсов машины между процессами.

-Инструментальные ПС(Программные средства) включают все средства, необходимые для разработки программ: редакторы, компиляторы, отладчики и др.

-Проблеммно-ориентированные ПС - предназначены для определенной области применения: MathCAD (научные вычисления), AutoCAD(конструирование), 3D-Studio(граф прилож )

-Инструментально технолог средства(ИТС) - ПС, позволяющие реализовать определенную технологию разработки программных средств: DCOM, CORBA, RMI и др.

-Утилиты - сервисные средства, облегчающие взаимодействия пользователя и ЭВМ: архиваторы, программы форматирования, антивирусные программы и др.

Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительными признаками которой являются:

1. Хранилище инструкций и хранилище данных представляют собой разные физические устройства.

2. Канал инструкций и канал данных также физически разделены.

Гарвардской архитектуре характеристики устройств памяти для инструкций и памяти для данных не требуется иметь общими.(память команд и память данных отдельно).

Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. .Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Основные характеристики процессора

Основными характеристиками процессора являются:

· быстродействие — количество операций, производимых в 1 секунду, измеряется в бит/сек. Каждая последующая модель имеет более высокую производительность по сравнению с предыдущей. Современные процессоры обладают расширением ММХ (MultiMedia eXtention — расширение мультимедиа);

· тактовая частота — количество тактов, производимых про­цессором за 1 секунду. Операции, производимые процессо­ром, не являются непрерывными, они разделены на такты. Эта характеристика определяет скорость выполнения опера­ций и непосредственно влияет на производительность про­цессора. Процессор Pentium и его модификации имеют тактовые частоты от 60 МГц до 1,5 ГГц (1,5 миллиарда операций в секунду);

· разрядность — количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Указывая разрядность процессора 64, имеют в виду, что процессор имеет 64-разрядную шину данных, т.е. за один такт он обрабатывает 64 бита.

Режимы работы процессора

-Реальный режим

Реальный режим(Real Mode) соответствует возможностям CPU 8086/8088,позволяя адресовать не более 1Мбайт памяти. Чтобы поддержать совместимость с ранее разработанными программами, процессоры 286 и даже Pentium работают под управлением операционной системы MS-DOS в реальном режиме и используют при этом,конечно же, минимальные возможности процессора.

-защищенный режим

Защищенный режим(Protecred Mode) появился впервые в CPU 80286. В этом режиме CPU может адресовать до 16 Мбайт физической и 1 Гбайт виртуальной памяти. Если физическая память полностью загружена, то данные, не поместившиеся в память, располагаются на винчестере. Таким образом, CPU работает не с реальными адресами, а с виртуальными, которые управляются с помощью специальных таблиц,чтобы информацию можно было найти (или снова записать). Эту память называют еще виртуальной памятью, потому что она фактически не существует.

-виртуальный режим

Впервые,начиная с процессора 386, CPU иогут эмулировать работу нескольких процессоров 8086(максимум 256) и, тем самым, обеспечить многопользовательский режим так, чтобы на одном PC можно было запустить одновременно даже различные операционные системы. Естественно,увеличивается и возможное количество выполняемых приложений.

Структурная блок-схема.Назначение блоков

РОН (регистр общего назначения) – предназначен для хранения операнд и их адресов. Для хранения адресов используется регистровая пара. Также есть еще один регистр – АКК.

АКК (аккумулятор) – т.к. команды данного микропроцессора одноадресные, т.е. адресная часть может содержать только один операнд, то если нам нужно записать два операнда, второй придется записывать в АКК.

АЛУ – извлекает один операнд из АКК, а второй из адресной части команды (в большинстве случаем там адрес, но может быть и сам операнд.)

АЛУ – предназначенно для выполнения арифмитических и логических команд.

Регистр состояния – особоые ситуации, которые могут возникать в процессе выполнения задания.

Выполнение любой команды начинается с извлечения её из ОЗУ и записи в регистр команд.

УУ (устройство управления) – анализирует содержимое регистра команд и формирует последовательность управляющих сигналов, обеспечивающих выполнение этой команды. Эти сигналы могут поступать как на внешние, так и на внутрненниеустро-ва через шину управления. В процессе выполнения в УУ могут поступать сигналы обратной связи, как от внешних, так и внутренних, в частности они влияют на процесс формирования управляющих сигналов.

Счетчик команд – в нем формуется адрес следующей команды, которую должен выполнить микропроцессор. На линейных участках программы содержимое счетчик увеличивается на длину исполняемой команды(1,2,3). При выполнении команд переходов счетчик команд загружается адрес перехода. После завершения текущей команды содержимое счетчика команд передается в регистр адреса, после чего осуществляется извлечение следующей команды.

Если в процессе исполнения программы требуется операнд, находящийся в ОЗУ, то адрес этого операнда передается в регистр адреса, после этого данный операнд извлекается из ОЗУ и поступает в АЛУ