Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


јрхитектура Ё¬ћ




 

  пон€тию архитектуры Ё¬ћ относ€т следующие основы построени€ Ё¬ћ: совокупность основных устройств, узлов и блоков; структура основных управл€ющих и информационных св€зей между ними; система команд; способы обращени€ к пам€ти и внешним устройствам; форматы данных; организаци€ интерфейса.

ƒл€ изучени€ принципа работы каждого узла и компьютера в целом ввод€тс€ различные уровни его представлени€ (по степени обобщени€). Ќабор блоков, св€зей между ними, типов данных и операций каждого уровн€ называетс€ архитектурой уровн€.

÷ифровой логический уровень Ц самый низкий, детальный уровень логических схем базовой системы элементов Ц инверторы, сумматоры, триггеры и др.

ћикроархитектурный уровень Ц уровень организации обработки информации внутри функционального узла. —юда относ€тс€ регистры различного назначени€, устройство обработки поступающих команд, устройство преобразовани€ данных, устройство управлени€.

 омандный уровень Ц набор функциональных узлов и св€зей между ними, система команд и данных, передаваемых между устройствами. »менно архитектура командного уровн€ и называетс€ обычно компьютерной архитектурой или компьютерной организацией. ќснователем архитектуры большинства современных компьютеров €вл€етс€ американский математик

ѕринцип использовани€ двоичной системы обеспечивает простоту технической реализации.

ѕринцип хранимой программы совмещает в себе идеи программного управлени€ (программа Ц последовательность команд), однородности пам€ти (в одной и той же пам€ти хран€тс€ и программа, и данные) и адресности (€чейки пам€ти пронумерованы, по этим номерам-адресам происходит обращение к содержимому).

ѕринцип логического устройства Ё¬ћ определ€ет структуру, состо€щую из следующих основных блоков: арифметико-логическое устройство (јЋ”), производ€щее все вычислени€; устройство управлени€ (””), координирующее взаимодействие различных блоков Ё¬ћ; запоминающее устройство дл€ хранени€ информации; устройство ввода-вывода информации. ќдин из вариантов фон-неймановской архитектуры представлен на рисунке 4.1.

 

 

–ис. 4.1. јрхитектура фон-неймановской Ё¬ћ

 

ѕрограмма, т.е. совокупность машинных команд, записываетс€ в пам€ть ќ«” в соседние €чейки по возрастанию их адресов, а данные, которые требуют обработки, Ц в €чейки с произвольными адресами.  ажда€ команда содержит код операции, которую необходимо выполнить, и адреса €чеек, в которых наход€тс€ данные, обрабатываемые этой командой. ”стройство управлени€ содержит специальный регистр, который называетс€ Ђ—чЄтчик командї. ѕосле загрузки программы и данных в пам€ть в счЄтчик команд записываетс€ адрес первой команды программы. ”стройство управлени€ считывает из пам€ти содержимое €чейки пам€ти, адрес которой находитс€ в счЄтчике команд, и помещает его в специальное устройство Ц Ђ–егистр командї. –егистр команд хранит команду во врем€ еЄ исполнени€. ”стройство управлени€ расшифровывает тип операции команды, считывает из пам€ти данные, адреса которых указаны в команде, и приступает к еЄ выполнению. ƒл€ каждой команды устройство управлени€ имеет свой алгоритм обработки, который заключаетс€ в выработке управл€ющих сигналов дл€ всех остальных устройств машины.

ѕервые поколени€ Ё¬ћ не имели возможности подключени€ дополнительных функциональных блоков и устройств, не предусмотренных разработчиком. Ёто так называема€ закрыта€ архитектура, т.е. с фиксированный набор устройств. ¬ начале 1970-х гг. фирмой DEC (Digital Equipment Corporation) был создан компьютер с общей шиной, реализующей принцип открытой архитектуры и дающей возможность подключени€ любых устройств в соответствии со стандартом шины. Ўина (совокупность линий передачи сигналов) подраздел€етс€ на шину данных, шину адреса и шину управлени€. ƒл€ согласовани€ сигналов внешних устройств с шиной подключение осуществл€етс€ через специальные устройства Ц контроллеры или адаптеры (рис. 4.2).  онтроллер, по сути, €вл€етс€ специализированным процессором, управл€ющим работой внешнего устройства по встроенной программе. ќрганизаци€ взаимодействи€ между внешним устройством и процессором осуществл€етс€ через аппаратный или программный порт ввода-вывода Ц канал передачи данных, представл€емый как один или несколько адресов пам€ти, из которых можно прочитать или в которые можно записать данные.

 

 

–ис. 4.2. јрхитектура Ё¬ћ с общей шиной

 

ƒостоинством архитектуры с общей шиной €вл€етс€ возможность дополн€ть Ё¬ћ новыми элементами в зависимости от конкретных целей и задач и замен€ть устаревшие блоки. Ќедостатком €вл€етс€ задержка Ђбыстрыхї устройств при работе Ђмедленныхї. ƒальнейшее повышение производительности компьютера было найдено во введении дополнительного контроллера и локальной шины, к которой подключались только Ђбыстрыеї устройства.

ƒл€ получени€ высокого быстродействи€ на существующей элементной базе используютс€ архитектуры, в которых процесс обработки распараллеливаетс€ и выполн€етс€ одновременно на нескольких обрабатывающих устройствах. —уществует три основных подхода к построению архитектур таких компьютеров: многопроцессорные, магистральные и матричные архитектуры.

јрхитектура самых простых многопроцессорных систем выполн€етс€ по схеме с общей шиной. Ќесколько процессоров и обща€ пам€ть подключаютс€ к общей шине.  аждый процессор при необходимости провер€ет, свободна ли шина, и, если она свободна, занимает еЄ. ≈сли шина зан€та, процессор ждЄт, пока она освободитс€. ѕри увеличении числа процессоров производительность системы ограничиваетс€ пропускной способностью шины. ƒл€ снижени€ нагрузки на общую шину каждый процессор дополнительно снабжаетс€ собственной локальной пам€тью. ќдин из процессоров выдел€етс€ дл€ управлени€ всей системой. ќн распредел€ет задани€ на исполнение программ между процессорами и управл€ет работой общей шины. ƒл€ выполнени€ операций управлени€ внешними устройствами в этой и других архитектурах обычно устанавливаетс€ специализированный периферийный процессор.

ћагистральный принцип €вл€етс€ наиболее распространЄнным при построении высокопроизводительных вычислительных систем. ѕроцессор такой системы состоит из быстрой регистровой пам€ти дл€ хранени€ обрабатываемых данных и нескольких функциональных обрабатывающих устройств, каждое выполн€ет только один вид вычислительных операций (сложение, умножение, деление, сдвиг и т.д.). ƒанные, считанные из пам€ти, размещаютс€ в регистрах. ”стройство планировани€ последовательности выполнени€ команд направл€ет данные, хран€щиес€ в регистрах, на соответствующие функциональные устройства. ѕолученные результаты снова записываютс€ в регистры и служат исходными данными дл€ дальнейших вычислений.  онечные результаты вычислений записываютс€ в общее запоминающее устройство. “аким образом, получаетс€ конвейер преобразовани€ данных: регистры Ц обрабатывающие устройства Ц регистры и т.д.

ћатрична€ архитектура вычислительной системы €вл€етс€ наиболее сложной. ¬ ней процессоры объедин€ютс€ в матрицу процессорных элементов.  аждый процессорный элемент снабжЄн локальной пам€тью, хран€щей обрабатываемые процессором данные. ѕроцессорные элементы могут производить обмен или со своими сосед€ми, или с общим запоминающим устройством. ¬ качестве процессорных элементов могут использоватьс€ универсальные процессоры, имеющие собственные устройства управлени€, или вычислители, содержащие только јЋ” и выполн€ющие команды внешнего устройства управлени€. ¬ первом случае, программы и данные нескольких задач или независимых частей одной задачи загружаютс€ в локальную пам€ть процессоров и выполн€ютс€ параллельно. ¬о втором случае все процессорные элементы одновременно выполн€ют одну и ту же команду, поступающую от устройства обработки команд на все процессорные элементы, но над разными данными, хран€щимис€ в локальной пам€ти каждого процессорного элемента. ќбмен данными с периферийными устройствами выполн€етс€ через периферийный процессор, подключЄнный к общему запоминающему устройству.

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-01-29; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2196 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ќе будет большим злом, если студент впадет в заблуждение; если же ошибаютс€ великие умы, мир дорого оплачивает их ошибки. © Ќикола “есла
==> читать все изречени€...

1517 - | 1314 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.012 с.