Курс лекций по вычислительной технике

       

Организация вычислительного процесса


 

В основе организации вычислительного процесса лежат принципы построения цифровых вычислительных машин предложенные ещё  фон Нейманом.

1.      Выполняемая программа слагается из последовательности арифметических и логических   операций из фиксированного набора команд.

2.      Команды и данные в кодированном виде размещаются в запоминающем устройстве (в памяти). Память разбивается на слова фиксированной длины и имеет  линейную адресацию, т.е. местоположение команд или данных в памяти определяется её адресом.

3.       При этом различают два подхода: общая память для данных и команд.

  - принстонская архитектура  или  фон-Неймана - открывается возможность модификации команд и раздельная память для данных и команд

- гарвардская  архитектура -  появляется возможность совмещения выборки из памяти данных и команд, исключается случайное использование данных в качестве команд и наоборот.

4.      Память в целом имеет иерархическую структуру: сверхоперативная, оперативная, внешняя. 

5.      Операции выполняются операционными устройствами - процессором.

6.      Результат операции записывается в оперативную память или в регистр

7.      Результат операции характеризуются определёнными признаками (флагами) >0; <0; =0; ?0 и т.д.

8.      Сверхоперативная память (регистры) для промежуточного хранения данных  и часть оперативной памяти (кэш) располагается  в процессоре.

9.      Связь компьютера с внешними устройствами и человеком осуществляется посредством устройств  ввода/вывода.

.

 

4.2. Общая структура компьютера.

 

Отсюда вытекает общая структура компьютера, установившаяся в  настоящее время:

- устройство обработки данных (процессор)

- система памяти

- система ввода-вывода

- система интерфейсов между ними

 


 

 

 

Многошинная организация.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Двухшинная организация.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одношинная организация.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для сравнительной оценки компьютеров пользуются следующими характеристиками.

- производительность определяется возможностями процессора и оценивается объемом информации, обрабатываемой в единицу времени или количеством операций стандартного  набора  в единицу времени.

- емкость запоминающих устройств - байты, Кбайты, Мбайтны, Гбайтны и их номенклатура

- набор внешних устройств и их пропускная способность:  бит/сек  (бод), байт, Кбайт, Мбайт

      - надежность функционирования: вероятность безотказной  работы  в течение заданного интервала; время  наработки  до  первого  отказа  (в среднем); среднее время восстановления; живучесть - возможность сохранять работоспособность при отказе отдельных элементов, косвенно –

- условия эксплуатации

 

4.3. Процессор.

                        4.3.1.  Архитектура и организация.

Как процессор, так и компьютер вцелом, характеризуется архитектурой и организацией.

Хотя чёткую границу между этими понятиями провести трудно.

 Под архитектурой понимается совокупность свойств и характеристик процессора (компьютера), доступных пользователю (потребителю). Пользователя же в основном интересует производительность на его задачах, простота постановки своих задач (программирование), удобство общения с вычислительным средством.

Те есть, архитектура процессора отражает возможности, предоставляемые пользователю:

- форматы данных

- набор (систему) команд

- режимы адресации

- набор устройств хранения информации

- набор методов ввода-вывода информации

Организация ЭВМ определяет, как эти средства реализованы: Под организацией или структурой понимается совокупность устройств, необходимых для воплощения архитектуры.



- особенности аппаратурной реализации

- степень параллелизма

- быстродействие

- система памяти

- система ввода-вывода

- система интерфейсов между ними.

 

                   Исходя из концепции фон-Неймана структурная схема процессора

имеет следующий вид.

Общая (упрощенная) структура   процессора.



                                                                                                       УВВ

ССП (регистр флагов
 
 

 

 

Итак. мы будем рассматривать архитектурные возможности процессоров исходя из следующих аспектов:

–            Форматы данных

–            Набор регистров

–            Форматы команд

–            Режимы адресации

–            Набор операций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Содержание раздела