Шинная организация ЭВМ является простейшей формой организации компьютера.

Объединение функциональных блоков ЭВМ между собой осуществляется по средством следующей системы шин:

Шина данных - по ней осуществляется обмен данными между блоками ЭВМ.

Шина адреса - используется для передачи адресов ячеек памяти или портов, в котором производится обращение.

Шина управления - служит для передачи управляющих сигналов.

Совокупность трех шин называют системной шиной, а так же магистралью или системным интерфейсом. Состав и назначение шин, правило их использования, виды передаваемых по ним сигналов и другие характеристики могут существенно отличаться у разных типов ЭВМ.  Однако есть принципиально общие элементы в организации шины: она состоит из отдельных проводников (линий), сигналы по линиям шины могут передаваться либо импульсами, либо уровнем напряжения.

Ширина шины – количество линий, входящие в её состав. Ширина шины адреса определяет размер адресного пространства оперативной памяти ЭВМ.

CPU (Central Processor Unit) – основная функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работы других блоков. Это наиболее сложный компонент ЭВМ, как с точки зрения электроники, так и с точки зрения функциональных возможностей. CPU состоит из АЛУ, УУ и регистров.

АЛУ выполняет основную работу по переработке информации, хранимой в оперативной памяти. В ней выполняются арифметические и логические операции, а так же АЛУ вырабатывает управляющие сигналы, позволяющие ЭВМ автоматически выбирать вычислительного процесса в зависимости от получаемых результатов. АЛУ формирует по двум входным переменным одну выходную при выполнении заданной функции (+,-,... и т.д.)

Выполняемая функция выполняется микрокомандой, получаемой от УУ. В своём составе АЛУ содержит устройство, которое хранит характеристику результата выполнения операции над данными и называемое флаговым регистром (регистр признаков или регистр состояний). Отдельные разряды этого регистра указывают на равенство результата, на знак результата операции и на правильность выполнения операции (наличие переноса за пределы разрядной сетки или переполнение).

Программный анализ флагов позволяет производить операции ветвления программ, в зависимости от конкретных значений и данных. Кроме того, в АЛУ имеется набор программно-доступных быстродействующих ячеек памяти, которые называются регистрами процессора (регистрами памяти). Эти регистры составляют основу архитектуры CPU. Среди обязательного набору регистров отметим следующее: регистры данных служат для временного хранения и промежуточных результатов выполнения операции.

Регистр-аккумулятор – служит для временного хранения результата выполнения команды.

Регистр-указатель стека – используется при операциях со стеком (стек – стопка), т.е. такой структуры данных, которая работает по принципу «последним вошёл – первым вышел». Стек используется для организации подпрограмм.

Индексные регистры(указательные) и базовые регистры – служат для хранения и вычисления адресов операндов памяти.

Регистры-счётчики (используются для организации циклических участков в программах.

Регистры общего пользования – используются для любых целей и их назначение определяет программист при написании кода.

Количество регистров и связи между ними оказывают существенное влияние на сложность и стоимость CPU. С другой стороны наличие большого количества регистров с богатым набором возможностей упрощает программирование и улучшает гибкость ПО.

Устройство управления (УУ) – часть ЦПУ, которая вырабатывает распределенную во времени последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и управление команд. На этапе цикла выборки команды УУ интерпретирует (дешифрует) команду, выбранную из программной памяти. На этапе выполнения команды в соответствии с типом реализующей операции устройство управления формирует требуемый набор команд низкого уровня для АЛУ и других устройств. Эти команды задают последовательность простейших низкоуровневых операций, таких как: пересылка данных, сдвиг данных, установка и анализ признаков, запоминания результатов и т.д. Такие элементарные низкоуровневые операции называются микрооперациями, а команды, формируемые УУ называются микрокомандами. Последовательность микрокоманд, соответствующие одной команде – микропрограммой.

В простейшем случае УУ имеет в своём составе три устройства: регистр команд, который содержит код команды во время её выполнения; программный счетчик, в котором содержится адрес очередной, подлежащей выполнению команды; регистр адреса, где вычисляются адреса операндов, находящихся в памяти.

Для связи пользователя с ЭВМ предусмотрен пульт управления, который позволяет выполнять: сброс ЭВМ в начальное состояние, просмотр регистров или ячеек памяти, запись адреса в программный счетчик, пошаговое выполнение программы при её отладке.

Память компьютера

Это устройство, предназначенное для запоминания, хранения и выборки программ и данных. Она состоит из конечного числа ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный номер или адрес. Доступ к ячейке осуществляется указанием её адреса. Память способна выполнять 2 вида операций над данными: чтение с сохранением содержимого и запись нового значения, со стиранием предыдущего.

В большинстве современных ЭВМ, минимально адресуемым элементом памяти является байт (8 бит – поле). Совокупность битов, которые АЛУ может одновременно поместить в регистр или обработать называют машинным «словом».

Чем больше объем памяти, тем медленнее к ней доступ, т.к. время доступа определяется временем, необходимым для выборки из памяти или записи в неё информации. Поэтому в ЭВМ существует несколько видов запоминающих устройств, различающихся ёмкостью и быстродействием.

Практическое занятие.