Понятие архитектуры ЭВМ

ЭВМ – многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации. Применительно к обработке информации ЭВМ рассматривается как исполнитель алгоритма. Для автоматического выполнения алгоритма исполнитель должен:

- Помнить алгоритм и обрабатываемые данные;

- Уметь выполнять команды, заданные в алгоритме.

Электронные устройства, обладающие этими качествами, имеются в любой ЭВМ. Это основная память и процессор, образующие центральную часть ЭВМ.

 Каждая ЭВМ имеет определенную архитектуру. Под архитектурой ЭВМ понимается ее структура, логическая организация и ресурсы, т.е. те средства, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени.

Под структурой ЭВМ понимается состав основных устройств ЭВМ, их взаимное соединение и информационные связи между устройствами.

Логическая организация ЭВМ определяет организацию основной памяти, систему команд, принцип организации процесса обработки данных.

Принципиальные отличия архитектуре проявляются в логической организации. Центральная часть большинства современных ЭВМ имеет логическую организацию ОКОД (одиночный поток команд – одиночный поток данных). При этой организации процесс обработки данных рассматривается как процесс выполнения процессором потока команд над потоком данных.

Принципы такой логической организации сформулированы Джоном фон Нейманом и могут быть сведены к следующим положениям:

- Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в последовательности, заданной алгоритмом.

- Принцип однородности основной памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Ни команды, ни данные не имеют признаков, по которым их можно отличить друг от друга в месте хранения. Над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.

- Принцип адресности: основная память состоит из дискретных элементов – пронумерованных ячеек памяти.

ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют так называемую классическую архитектуру. Для ЭВМ классической архитектуры структура и логическая организация рассматриваются более подробно в следующих пунктах.

Типовая структура ЭВМ

Состав устройств ЭВМ во многом определяется рассмотренными принципами. Отличия в структуре проявляются в основном в соединении устройств и информационных связях между ними. Типовая структура ЭВМ приведена на Рис.1.

Основная память предназначена для хранения программы, входных, выходных и промежуточных данных. Данные и команды хранятся в виде двоичных кодов. Основная память энергозависима, после выключения ЭВМ информация в основной памяти теряется. При включении ЭВМ основная память, как правило, не обнуляется. Поэтому в ячейках памяти, не задействованных под размещение программы и определенных в программе данных, будут содержаться случайные двоичные коды.

Процессор предназначен для автоматического выполнения команд в порядке, заданном алгоритмом. Процессору доступны для обработки только те данные, которые хранятся в основной памяти.

Для обеспечения связи центральной части с источниками и потребителями данных ЭВМ имеет внешние устройства, образующих периферийную часть. Все внешние устрой ства делятся на внешние запоминающие устройства (ВЗУ) и устройства ввода-вывода (УВВ).

Передача данных из основной памяти во внешние устройства называется выводом данных, а передача данных из внешних устройств в основную память – вводом данных.

Управление обменом данными между основной памятью и внешними устройствами в простейшем случае возлагается на процессор. В ЭВМ с более развитой архитектурой управление обменом возлагается на дополнительный специализированный процессор. В этом случае процессор называют центральным процессором, а специализированный процессор – процессором ввода-вывода.

Внешние запоминающие устройства обеспечивают длительное хранение программ и данных. Наиболее широко распространены ВЗУ на основе магнитных и оптических носителей информации: магнитные диски, ленты, барабаны, компакт-диски

Устройства ввода-вывода предназначены для обмена данными между центральной частью и пользователями. Пользователем может быть человек или техническое устройство.

Обмен данными с техническими устройствами, подключаемыми к ЭВМ, производится, как правило, в том виде, в каком они хранятся в основной памяти.

При взаимодействии с человеком данные преобразуются к форме, привычной для человека. Устройства ввода принимают от человека информацию в алфавитно-цифровом или графическом виде и обеспечивают их преобразование и передачу в центральную часть. В качестве устройств ввода широко применяются клавиатура, знакокоординатные устройства, устройства тактильного ввода, электронные перья и т.д.

Устройства вывода обеспечивают преобразование данных к алфавитно-цифровому или графическому виду и выдачу их человеку. Наиболее используемыми устройствами вывода являются дисплеи на базе электронно-лучевых трубок и жидкокристаллические дисплеи. Кроме того, широко используются принтеры, графопостроители, графические планшеты, синтезаторы звука и т.д.