Обобщенная структура эвм на пути ее развития.

Основной тенденцией в развитии структуры ЭВМ является разделение функций системы и максимальная специализация подсистем для выполнения этих функций.

 

Уст-во управления

Сверх оперативная память

Кэш-память

Оперативная память

Внешняя память

Подсистема ввода/вывода

Подсистема управления и обслуживания

Управл межпроцессорным обменом

Уст-во управления памятью

Средсва скалярной обработки

Средства упр-ия обработки

Средства векторной обработки

 

С точки зрения специализации устройств – развитие обрабатывающей подсистемы в большей степени чем у остальных идет по пути разделения функций. Средства управления и средства обработки становятся более специализированными. Меняются функции центрального устройства управления: ряд функций передаётся в другие подсистемы, и развиваются средства параллельной обработки нескольких команд (супер скалярная обработка).

Подсистема памяти имеет иерархическую структуру, которая состоит из нескольких уровней:

1) Сверхоперативный уровень (локальная память процессора + кэш-память 1-го, 2-го уровней).

2) Оперативный уровень (оперативная память + дисковый кэш).

3) Внешний уровень (внешнее запоминающее устройство).

Каждый уровень состоит из запоминающих устройств с различным быстродействием и емкостью.

Методами повышения производительности являются:

· Увеличение количества регистров общего назначения процессора,

· Использование многоуровневой кэш-памяти,

· Увеличение объема и пропускной способности оперативной памяти,

· Буферизация передачи информации между основной и внешней памятью.

Увеличение пропускной способности оперативной памяти достигается за счет расслоения и секционирования памяти.

Основными направлениями развития подсистем ввода/вывода является канальная технология ввода/вывода, матричная топология коммутации периферийных устройств, увеличение пропускной способности каналов ввода/вывода.

Подсистемы управления и обслуживания – это совокупность аппаратно-программных средств, предназначенных для обеспечения максимальной производительности, надежности, ремонтопригодности, а также удобство настройки и эксплуатации. Основным направлением в развитии является повышение интеллектуализации интерфейса, а также автоматизация процессов тестирования и отладки.

При разработке структуры ЭВМ все подсистемы должны быть сбалансированы между собой, т.е. обеспечено согласование быстродействия обрабатывающей подсистемы с объемами и скоростью передачи информации подсистемы памяти, и пропускной способностью подсистемы ввода вывода.

 

 

Архитектура ЭВМ – это представление ЭВМ, которое отражает структурную схемотехническую и логическую организацию ЭВМ. Понятие архитектуры ЭВМ является комплексным и включает в себя:

· Структурную схему ЭВМ

· Организацию и способы адресации памяти

· Средства и способы доступа к элементам структурной схемы,

· Организацию и разрядность интерфейсов ЭВМ

· Набор и доступность регистров

· Способы представления и форматы данных ЭВМ

· Набор машинных команд ЭВМ

· Форматы машинных команд

· Обработку внештатных ситуаций (прерываний)

 

Классическая архитектура (архитектура Фон Неймана)

 

АЛУ

ЦУУ

УВВ

УВыв

ЗУ

 

Основой для построения этой архитектуры являются принципы программного управления:

1) Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы – слова.

2) Разнотипные по смыслу слова различаются по способу использования, но не по способу кодирования.

3) Слова информации размещаются в ячейках памяти и идентифицируются номерами ячеек – адресами слов.

4) Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов – команд. Команда определяет наименование операции и операнды (слова информации), участвующие в ней. Алгоритм, записанный в виде последовательности команд называется программой.

5) Выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке определенном программой.

Программа вычислений (обработки информации) составляется в виде последовательности команд и загружается в память ЭВМ – запоминающее устройство. Там же хранятся исходные данные и промежуточные результаты обработки.

ЦУУ последовательно извлекает из памяти команды программы и организует их выполнение.

АЛУ предназначено для реализации операций преобразования информации. Программа и исходные данные вводятся в память ЭВМ через устройство ввода, результаты обработки предъявляются на устройство вывода. Характерной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что память представляет собой единое адресное пространство, предназначенное для хранения как программ, так и данных. Такой подход обеспечивает большую гибкость вычислений – это возможность перераспределения памяти между программой и данными, возможность самомодификации программы в процессе ее выполнения. Основная проблема заключается в необходимости специальных мер защиты памяти. Альтернативой фон Неймановской архитектуре является Гарвардская архитектура, в которой имеются два непересекающихся адресных пространства – для программ и для данных. В основном гарвардская архитектура применяется в управляющих ЭВМ. Где должна быть обеспечена высокая надежность выполнения программ.