Концепция операционного устройства.

Концепция операционного и управляющего автоматов

В функциональном и структурном отношении операционное устройство, входящее в состав ЭВМ, удобно представить разделенным на две части: опе­рационный и управляющий автоматы (рис. 4.1).

 

Операционный автомат (ОА) служит для хранения слов информации, вы­полнения набора микроопераций и вычисления значений логических усло­вий, т. е. операционный автомат является структурой, организованной для выполнения действий над информацией. На вход ОА подаются входные дан­ные DI, которые в соответствии с алгоритмом операции преобразуются в выходные данные D0. Кроме того, ОА вырабатывает множество {х} осведо­мительных сигналов (логических условий) для управляющего автомата.

Управляющий автомат (УА) генерирует последовательность управляющих сигналов {у}, обеспечивающую выполнение в операционном автомате задан­ной последовательности элементарных действий, которая реализует алгоритм выполняемой операции. Управляющая последовательность генерируется в соответствии с заданным алгоритмом и с учетом значений логических усло­вий х, формируемых ОА.

Часто операционное устройство может выполнять несколько различных опе­раций (например, арифметико-логическое устройство может выполнять четыре арифметических действия и несколько логических операций над вход­ными словами). В этом случае на вход УА поступает команда С, опреде­ляющая тип выполняемой операции. Кроме того, поскольку различные опе­рации над различными данными выполняются за разное время, УА формиру­ет сигнал g, отмечающий окончание операции и готовность выходных данных.

Таким образом, любое операционное устройство — процессор (который обычно, в свою очередь, представляют состоящим из двух операционных устройств: АЛУ — арифметико-логического устройства и ЦУУ — централь­ного устройства управления), канал ввода/вывода, контроллер внешнего уст­ройства — можно представить как композицию операционного и управляю­щего автоматов. Операционный автомат, реализуя действия над словами информации, является исполнительной частью устройства, работу которого организует управляющий автомат, генерирующий необходимые последова­тельности управляющих сигналов.

Такой подход позволяет разработать эффективные процедуры синтеза ОА и УА, формализовать эти процедуры и, в некоторых случаях, автоматизировать процесс синтеза цифровых устройств.

Иерархический принцип проектирования (построения) машинных языков.

Иерархический принцип построения программы позволяет использовать язык высокого уровня для комбинации модулей в требуемый алгоритм обработки, хотя сами модули могут быть представлены программами на языках более низких уровней.

Иерархический принцип построения конструкции вычислительного устройства приводит к тому, что каждый модуль может быть спроектирован оптимально в соответствии со своим показателем качества, который в идеальном случае можно определить как аргумент показателя качества модуля следующего по порядку более высокого уровня.

Такой иерархический принцип построения систем комплексной автоматики применяется достаточно часто, при этом цифровые ЭВМ низших ступеней обычно представляют собой специально разработанные машины, предназначенные для ведения данного технологического процесса, а цифровые ЭВМ высших ступеней - универсальные и в общепринятом исполнении. Иерархические системы устойчивы к возникающим повреждениям, так как отказ одной из машин не вызывает остановки других, кроме того, с помощью некоторых вспомогательных устройств оператор может взять на себя основные функции поврежденной машины.

Структура памяти ЭВМ.

 

общем случае память современной ЭВМ включает в себя следующие иерархические уровни:

· Сверхоперативная память (СОП), которая называется еще местной памятью.

· Кэш-память, которая обычно отсутствует в простейших процессорных устройствах. В более сложных ЭВМ кэш имеет несколько уровней, причем кэш верхнего уровня всегда находится в кристалле процессора.

· Оперативная (основная) память (ОП) или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), а также системное ПЗУ, объединенное с ОЗУ общим полем адресов.

· Память с прямым доступом на магнитных дисках.

· Память с последовательным доступом на магнитных лентах.

Устройства перечислены в порядке убывания быстродействия и увеличения объема.