Скачать презентацию Принципы и структура ЭВМ 1 Принципы на которых Скачать презентацию Принципы и структура ЭВМ 1 Принципы на которых

Принципы и структура ЭВМ.pptx

  • Количество слайдов: 38

Принципы и структура ЭВМ 1. Принципы, на которых строится ЭВМ 2. Структура классической ЭВМ Принципы и структура ЭВМ 1. Принципы, на которых строится ЭВМ 2. Структура классической ЭВМ

1. Принципы ЭВМ 1. Принципы ЭВМ

Принципы ЭВМ Машины на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной Принципы ЭВМ Машины на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления. Программа должна размещаться в одном из блоков машины - в запоминающем устройстве (ЗУ), обладающем достаточной емкостью и соответствующими скоростями выборки и записи команд программы. Программа так же, как и числа, с которыми оперирует машина, представляется в двоичном коде. По форме представления команды и числа однотипны.

 • Эти Принципы приводят к следующим важным последствиям: – промежуточные результаты вычислений, константы • Эти Принципы приводят к следующим важным последствиям: – промежуточные результаты вычислений, константы и другие числа могут размещаться в том же ЗУ, что и программа; – числовая форма записи программы позволяет машине производить операции над величинами, которыми закодированы команды программы.

 • Трудности физической реализации ЗУ, быстродействие которого соответствовало бы скорости работы логических схем, • Трудности физической реализации ЗУ, быстродействие которого соответствовало бы скорости работы логических схем, требует иерархической организации памяти. • Арифметические устройства машины конструируются на основе схем, выполняющих операцию сложения. Создание специальных устройств для вычисления других операций нецелесообразно. • В машине используется параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над словами производятся одновременно по всем разрядам).

2. Структура классической ЭВМ 2. Структура классической ЭВМ

Структура классической ЭВМ состоит из следующих основных блоков: , арифметико-логического устройства (АЛУ, запоминающего устройства Структура классической ЭВМ состоит из следующих основных блоков: , арифметико-логического устройства (АЛУ, запоминающего устройства (ЗУ) и устройства управления (УУ).

 • Запоминающее устройство (память) - это совокупность ячеек, предназначенных для хранения некоторого кода. • Запоминающее устройство (память) - это совокупность ячеек, предназначенных для хранения некоторого кода. Каждой из ячеек присвоен свой номер, называемый адресом Информацией, записанной в ячейке, могут быть как команды в машинном виде, так и данные. • Машинная команда - это двоичный код, определяющий выполняемую операцию, адреса используемых операндов и адрес ячейки ЗУ, по которому должен быть записан результат выполненной операции. • Операции, определяемые кодом операции команды, выполняются в арифметико-логическом устройстве (АЛУ).

2. 1 Устройство управления Все действия в ЭВМ выполняются под управлением сигналов, вырабатываемых устройством 2. 1 Устройство управления Все действия в ЭВМ выполняются под управлением сигналов, вырабатываемых устройством управления (УУ).

1 • Управляющие сигналы формируются на основе информации, содержащейся в выполняемой команде, и признаков 1 • Управляющие сигналы формируются на основе информации, содержащейся в выполняемой команде, и признаков результата, сформированных предыдущей командой (если выполняемая команда является, например, командой условного перехода). • • Устройство управления помимо сигналов, определяющих те или иные действия в различных блоках ЭВМ (например, вид операции в АЛУ или сигнал считывания из ЗУ), формирует также адреса ячеек, по которым производится обращение к памяти для считывания команды и операндов и записи результата выполнения команды.

2 • Устройство управления формирует адрес команды, которая должна быть выполнена в данном цикле, 2 • Устройство управления формирует адрес команды, которая должна быть выполнена в данном цикле, и выдает управляющий сигнал на чтение содержимого соответствующей ячейки запоминающего устройства. • Считанная команда передается в УУ. По информации, содержащейся в адресных полях команды, УУ формирует адреса операндов и управляющие сигналы для их чтения из ЗУ и передачи в арифметико-логическое устройство.

3 • После считывания операндов устройство управления по коду операции, содержащемуся в команде, выдает 3 • После считывания операндов устройство управления по коду операции, содержащемуся в команде, выдает в АЛУ сигналы на выполнение операции. • Полученный результат записывается в ЗУ по адресу приемника результата под управлением сигналов записи. • Признаки результата (знак, наличие переполнения, признак нуля и так далее) поступают в устройство управления, где записываются в специальный регистр признаков. Эта информация может использоваться при выполнении следующих команд программы, например команд условного перехода.

Еще одна, но более полная Структурная схема ЭВМ Еще одна, но более полная Структурная схема ЭВМ

Еще одна Структурная схема ЭВМ Еще одна Структурная схема ЭВМ

Процессор Процессор

 • Процессор выполняет логические и арифметические операции, определяет порядок выполнения операций, указывает источники • Процессор выполняет логические и арифметические операции, определяет порядок выполнения операций, указывает источники данных и приемники результатов. Работа процессора происходит под управлением программы. • Считают, что процессор состоит из четырех устройств: арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ), блока регистров (БР) и кэш-памяти (см. структуру классической ЭВМ).

 • АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными. Промежуточные результаты сохраняются в • АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными. Промежуточные результаты сохраняются в БР. • • Кэш-память служит для повышения быстродействия процессора путем уменьшения времени его непроизводительного простоя. • УУ отвечает за формирование адресов очередных команд, т. е. за порядок выполнения команд, из которых состоит программа.

Системная шина Системная шина

 • Основной функцией системной шины является передача информации между процессором и остальными устройствами • Основной функцией системной шины является передача информации между процессором и остальными устройствами ЭВМ. • Системная шина состоит из трех шин: шины управления, шины данных и адресной шины. • По этим шинам передаются операнды – команды, управляющие сигналы, данные (числа, символы), адреса ячеек памяти и номера устройств ввода-вывода.

 • По шине данных пересылаются операнды в блоки ЭВМ, адреса которых указаны на • По шине данных пересылаются операнды в блоки ЭВМ, адреса которых указаны на шине адреса. • Шина управления следит, чтобы операнды при движении не мешали другу и перемещались по очереди. • Сигналы, передаваемые по управляющей шине, синхронизируют работу процессора, памяти, устройств ввода и вывода информации.

Память Память

 • Память предназначена для записи, хранения, выдачи команд и обрабатываемых данных. • Существует • Память предназначена для записи, хранения, выдачи команд и обрабатываемых данных. • Существует несколько разновидностей памяти: • оперативная, • постоянная, • внешняя, • кэш, • регистровая.

 • Существование целой иерархии видов памяти объясняется их различием по быстродействию, энергозависимости, назначению, • Существование целой иерархии видов памяти объясняется их различием по быстродействию, энергозависимости, назначению, объему и стоимости. • Память современных компьютеров строится на нескольких уровнях, причем память более высокого уровня меньше по объему, быстрее и в пересчете на один байт памяти имеет большую стоимость, чем память более низкого уровня.

Регистровая память • Регистровая память — наиболее быстрая (ее иногда называют сверхоперативной). Она представляет Регистровая память • Регистровая память — наиболее быстрая (ее иногда называют сверхоперативной). Она представляет собой блок регистров (БР), которые размещены внутри процессора. • Регистры используются при выполнении процессором простейших операций: пересылка, сложение, счет, сдвиг операндов, запоминание адресов, фиксация состояния процессора и т. д.

Кэш-память (Сache) В переводе с английского языка слово cache (кэш) означает «тайник» , так Кэш-память (Сache) В переводе с английского языка слово cache (кэш) означает «тайник» , так кэш-память недоступна для программиста (она автоматически используется компьютером).

1 • Кэш-память используется для ускорения выполнения операций за счет запоминания на некоторое время 1 • Кэш-память используется для ускорения выполнения операций за счет запоминания на некоторое время полученных ранее данных, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. • Введение в компьютер кэш-памяти позволяет сэкономить время, которое без нее тратилось бы на пересылку данных и команд из процессора в оперативную память (и обратно). Работа кэшпамяти строится так, чтобы до минимума сократить время непроизводительного простоя процессора (время ожидания новых данных и команд). • Этот вид памяти уменьшает противоречие между быстрым процессором и относительно медленной оперативной памятью.

2 • Кэш-память по сравнению с регистровой памятью имеет больший объем, но меньшее быстродействие. 2 • Кэш-память по сравнению с регистровой памятью имеет больший объем, но меньшее быстродействие. • В ЭВМ число запоминающих устройств с этим видом памяти может быть различным. В современных ЭВМ имеется два-три запоминающих устройства этого вида. • Кэш-память первого уровня располагается внутри процессора, а кэш-память второго уровня — вне процессора (на так называемой материнской плате).

 • Кэш-память первого уровня, которая размещается на одном кристалле с процессором, принято обозначать • Кэш-память первого уровня, которая размещается на одном кристалле с процессором, принято обозначать символами L 1. • Кэш-память, которая располагается на материнской плате (второй уровень), обозначается символами L 2.

Оперативное запоминающее устройство Оперативное запоминающее устройство

 • Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для кратковременного хранения переменной (текущей) информации и • Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для кратковременного хранения переменной (текущей) информации и допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций. • Это значит, что процессор может выбрать из ОЗУ команду или обрабатываемые данные (режим считывания) и после арифметической или логической обработки данных поместить полученный результат в ОЗУ (режим записи). • Размещение новых данных в ОЗУ возможно на тех же местах (в тех же ячейках), где находились исходные данные.

 • ОЗУ используется для хранения программ, составляемых пользователем, а также исходных, конечных и • ОЗУ используется для хранения программ, составляемых пользователем, а также исходных, конечных и промежуточных данных, получающихся при работе процессора. • В качестве запоминающих элементов в ОЗУ используются либо триггеры, либо конденсаторы. • ОЗУ — это энергозависимая память, поэтому при выключении питания информация, хранившаяся в ОЗУ, теряется безвозвратно. • По быстродействию ОЗУ уступает кэш-памяти и тем более сверхоперативной памяти — БР. Стоимость ОЗУ значительно ниже стоимости упомянутых видов памяти.

Постоянное запоминающее устройство Постоянное запоминающее устройство

 • В ПЗУ хранится информация, которая не изменяется при работе ЭВМ. Такую информацию • В ПЗУ хранится информация, которая не изменяется при работе ЭВМ. Такую информацию составляют тест-мониторные программы (они проверяют работоспособность компьютера в момент его включения), драйверы (программы, управляющие работой отдельных устройств ЭВМ, например, клавиатурой) и др. • ПЗУ является энергонезависимым устройством, поэтому информация в нем сохраняется даже при выключении электропитания. • Перспективным видом постоянной памяти является память с электрическим способом стирания и записи информации (FLASH-память)

Внешние запоминающие устройства Внешние запоминающие устройства

 • ВЗУ предназначены для долговременного хранения информации. • • К ВЗУ относятся накопители • ВЗУ предназначены для долговременного хранения информации. • • К ВЗУ относятся накопители на магнитной ленте (магнитофоны, стримеры), накопители на жестких дисках (винчестеры), накопители на гибких дисках, проигрыватели оптических дисков. • ВЗУ по сравнению с ОЗУ имеют, в основном, больший объем памяти, но существенно меньшее быстродействие.

Устройства ввода/вывода информации Устройства ввода/вывода информации

 • К устройствам ввода информации относятся: клавиатура, мышь, трекбол, джойстик, сканер, сенсорный экран, • К устройствам ввода информации относятся: клавиатура, мышь, трекбол, джойстик, сканер, сенсорный экран, световое перо, цифровая видеокамера, микрофон, датчики и др. • К устройствам вывода информации относятся: дисплей (монитор), принтер, плоттер, акустические колонки и др. • Модем выполняет функции и устройств ввода, и устройств вывода информации. Он позволяет соединяться с другими удаленными компьютерами с помощью телефонных линий связи и обмениваться информацией между ЭВМ. Модем на передаче превращает цифровые сигналы в звуки, а на приеме – наоборот.

Открытость архитектуры • Одной из идей, положенных в основу персональных компьютеров, является открытость архитектуры. Открытость архитектуры • Одной из идей, положенных в основу персональных компьютеров, является открытость архитектуры. Согласно этой концепции, каждый пользователь может самостоятельно формировать конфигурацию своего компьютера по своему усмотрению. • Это означает, что в зависимости от потребности пользователь может подключить к системной шине различные устройства: модем, звуковую плату, клавиатуру электромузыкального инструмента, плату телевизионного приемника и т. п. • Открытость архитектуры позволяет легко модернизировать имеющийся компьютер, например, путем замены винчестера на жесткий диск большего объема, замены процессора, увеличения объема оперативной памяти и т. д.