Тема 1. 1. Понятие архитектуры эвм и общие механизмы функционирования.

 

План:

1. Базовые определения.

2. Основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов.

3. Программный принцип управления.

4. Алгоритм командного цикла для ЭВМ с архитектурой фон Неймана.

5. Конвейер команд.

6. Многоуровневая память.

7. Загрузка ОС и прикладных программ. (сам./изучение – отдельный раздел в отчете к лаб./раб №1)

1. Базовые определения.

 

Вычислительная машина (ВМ) – совокупность технических средств, создающая возможность проведения обработки информации и получения результата в необходимой форме. В состав ВМ входит и системное программное обеспечение.

 

Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) – программируемое функциональное устройство, состоящее из одного или нескольких взаимосвязанных центральных процессоров, периферийных устройств, управление которыми осуществляется посредством программ, располагающихся в оперативной памяти. Эта машина может производить большой объем вычислений, содержащих большое количество арифметических, логических и других операций без вмешательства пользователя в течение периода выполнения.

 

Система обработки данных (СОД) – совокупность технических средств и программного обеспечения, предназначенная для информационного обслуживания пользователей и технических объектов. В состав технических средств входят: сами ЭВМ, устройства сопряжения ЭВМ с объектами, аппаратура передачи данных и линии связи. Иногда вместо термина СОД используют понятие АСОИ (Автоматизированная система обработки информации).

 

СОД, настроенную на решение задач конкретной области применения, называют вычислительной системы (ВС).

 

Вычислительная система (ВС) – часть, подсистема АСОИ, конструктивно обособленная и автономная по своему функциональному назначению.. Иногда под ВС понимается совокупность взаимосвязанных и согласованно действующих однородных и неоднородных ЭВМ и других устройств, обеспечивающих автоматизацию процессов приема исходной информации от ее источников, обработки информации и выдачи результатов обработки потребителю информации.

 

Вычислительный комплекс (ВК) – совокупность вычислительных и специальных средств, предназначенных для решения одной или нескольких широко-масштабных задач.

 

Многопроцессорная вычислительная система – система, в состав которой входят два или несколько процессоров.

 

       Рассмотрим определения, касающиеся понятия «архитектура». Термин «архитектура системы» часто употребляется как в узком, так и в широком смысле этого слова. В первом случае под архитектурой понимается архитектура набора команд, которая служит границей между аппаратурой и программным обеспечением (ПО) и представляет ту часть системы, которая видна программисту или разработчику компиляторов. Во втором случае, архитектура охватывает понятие организации системы, включающее такие высокоуровневые аспекты разработки компьютера, как систему памяти, структуру системной шины, организацию ввода-вывода и т.п.

 

       Под архитектурой ВМ понимается концептуальная структура ВМ, определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.

 

       Применительно к вычислительным системам термин «архитектура» может быть определен как распределение функций, реализуемых системой, между ее уровнями, точнее – как определение границ между этими уровнями. Таким образом, архитектура вычислительной системы предполагает многоуровневую организацию. В частности, архитектура первого уровня определяет, какие функции по обработке данных выполняются системой в целом, а какие возлагаются на внешний мир. Система взаимодействует с внешним миром через набор интерфейсов: языки (язык оператора, языки программирования, языки описания и манипулирования базой данных, язык управления заданиями) и системные программы (программы-утилиты, программы редактирования, сортировки, сохранения и восстановления информации).

 

       Исходя из выше приведенных определений термина «архитектура» можно предложить следующее обобщающее определение.

 

Архитектура ЭВМ – абстрактное представление ЭВМ, которое отражает ее структурную, схемотехническую и логическую организацию. Понятие «архитектура ЭВМ» является комплексным и включает в себя целый ряд элементов, основные из них следующие:

1. структурная схема ЭВМ;
2. средства и способы доступа к элементам структурной схемы, включая обмен с внешней средой;
3. организация и разрядность интерфейсов в ЭВМ;
4. набор и доступность регистров;
5. организация и способы адресации памяти;
6. способы представления и форматы данных ЭВМ;
7. набор машинных команд;
8. форматы машинных команд;
9. обработка нештатных ситуаций (прерывания, особые ситуации, ловушки и т.д.);
10. топология связи отдельных устройств и модулей.

 

Таким образом, при разработке архитектуры ЭВМ условно можно выделить вопросы:

1. общей структуры, организации вычислительного процесса и общения с машиной;
2. логической организации представления, хранения и преобразования информации;
3. логической организации совместной работы различных устройств;
4. связанные с аппаратными и программными средствами машин.

 

К настоящему времени среди ЭВМ последовательного типа наибольшее распространение получили 2 типа архитектур:

1. Принстонская архитектура, которая предполагает единую память для хранения команд и данных;
2. Гарвардская архитектура, которая характеризуется отдельной памятью для команд и отдельной – для данных.

 

Вычислительная сеть (сеть ЭВМ) – территориально рассредоточенная многомашинная система, состоящая из взаимодействующих ЭВМ, связанных между собой каналами передачи данных.

 

Интерфейс – совокупность средств и правил, обеспечивающих взаимодействие устройств ЭВМ и ВС, программ, а также пользователей. Интерфейсы могут разграничивать определенные уровни внутри программного обеспечения.

 

       Исходя из вышеизложенного, можно считать, что архитектура системы – это ее описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, структуры системы, способов доступа к ней и пользовательского интерфейса, организации памяти и системы адресации, операция ввода-вывода, управления и т.д. Применительно к ВС термин «архитектура» используется для описания структуры, принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных элементов системы.