Лекция по теме "Архитектура ЭВМ"

Архитектура персональных компьютеров

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ (запоминающее устройство) и периферийных устройств. Общности архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения.

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство, через которое проходит поток данных, и одно устройство управления, через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер. К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью. Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

Шина адреса. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине. Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора, т. е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле: N = 2ⁱ

Где I - разрядность шины адреса.

В современных персональных компьютерах разрядность шины составляет 32 или 64 бита.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали (рисунок 1). Сигналы управления определяют, какую операцию - считывание или запись информации памяти - нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами.

Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к компьютеру через контроллеры.

Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Рисунок 1 – Магистрально-модульный принцип

Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и мною потоков команд. Таким образом, параллельно могут им подняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рисунке 2.

Рисунок 2- Архитектура многопроцессорного компьютера

Архитектура с параллельными процессорами.

Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — т. е. по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно мои только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных. Структура таких компьютеров представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Архитектура с параллельным процессором

В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и такие архитектурные решения, которые радикально отличаются от рассмотренных выше.

Структура персонального компьютера

Взаимодействие всех устройств компьютера организовано таким образом, чтобы обеспечить основные этапы обработки информации: ввод, хранение, обработку, передачу и вывод информации (рисунок 4).

Рисунок 4 - Структурная схема компьютера

Список используемых источников:

1. Гальченко, Г. А. Информатика для колледжей: учебное пособие : общеобразовательная подготовка / Г. А. Гальченко, О. Н. Дроздова. – Ростов н/Д : Феникс, 2017. – 380 с.