§1.4 Архитектура эвм

Под архитектурой ЭВМ понимается абстрактное пред­ставление машины в терминах основных функциональных модулей, языка ЭВМ, структуры данных. Архитектура не определяет особенностей реализации аппаратной части ЭВМ, времени выполнения команд, 0степени параллелизма при выполнении программы, ширины шин и других ана­логичных характеристик. Архитектура отображает аспек­ты структуры ЭВМ, которые являются видимыми для поль­зователя: систему команд, режимы адресации, форматы и длину данных, набор регистров ЭВМ, доступных пользова­телю. Одним словом, термин «архитектура» используется для описания возможностей, предоставляемых ЭВМ, а тер­мин «организация» определяет, как эти возможности реа­лизованы.

Все ЭВМ содержат следующие функциональные блоки, имеющие свою микроархитектуру: процессор, состоящий из арифметико-логического устройства и устройства управле­ния, память, устройства ввода и устройства вывода ин­формации (рис. 1.1). Объединение функциональных блоков в ЭВМ осуществляется посредством следующей системы шин: шины данных, по которой осуществляется обмен ин­формацией между блоками ЭВМ, шины адреса, используе­мой для передачи адресов, по которым осуществляется об­ращение к различным устройствам ЭВМ, и шины управле­ния для передачи управляющих сигналов.

Рис. 1.2. Структурная схема ЭВМ

Рис. 1.3. Обобщенный алгоритм функцио­нирования ЭВМ

Для связи пользователя с ЭВМ предусмотрен пульт уп­равления, который позволяет выполнять такие действия, как пуск ЭВМ; останов, под действием которого прекраща­ется поступление сигналов с генератора тактирующих налов и процессор переходит в со­стояние ожидания; загрузка на­чального адреса программы в про­граммный счетчик; индикация со­держимого ячеек памяти и регист­ров процессора; пошаговое выпол­нение команд программы при ее от­ладке.

Обобщенный алгоритм функцио­нирования ЭВМ представлен на рис. 1.3. Одно из основных различий между ЭВМ — это организация си­стемных шин, обеспечивающих связь между отдельными блоками ЭВМ; по этому признаку все струк­туры малых ЭВМ могут быть клас­сифицированы следующим образом:

ЭВМ с многошинной структурой;

ЭВМ с общей шиной.

Типичная архитектура ЭВМ с многошинной структурой представ­лена на рис. 1.4. Основная особен­ность ее организации состоит в том, что для каждого способа обмена ин­формацией с периферийными ус­тройствами используется отдельная группа шин: отдельные шины для программного режима обмена ин­формацией с прерыванием или без прерывания выполняемой програм­мы и для ввода-вывода информации в режиме прямого доступа периферийных устройств к памя­ти, которые передают блоки данных с большой скоростью (накопители на магнитных дисках, лентах, быстродейству­ющие аналого-цифровые преобразователи и другие устрой­ства). Протоколы обмена данными, структура шин и быст­родействие при обмене для каждой из групп шин могут быть оптимальным образом адаптированы к обслуживае­мым периферийным устройствам в соответствии с выбран­ным методом.

Рис. 1.4. ЭВМ с многошинной структурой

Другой популярной структурой шин, которая используется во многих ЭВМ, является структура с общей шиной (рис. 1.5). В этом случае все блоки ЭВМ объединяются посредством одной группы шин, в которую входят подмно­жества шин для передачи данных, адресов и управляющих сигналов. При такой организации системы шин обмен ин­формацией между процессором, периферийными устройст­вами и памятью выполняется по единому правилу, отдель­ные команды ввода-вывода для обращения к периферийным устройствам в системе команд ЭВМ отсутствуют. Это по­зволяет повысить гибкость и эффективность ЭВМ, так как

Рис. 1.5. ЭВМ с одношинной структурой

весь набор команд обращения к памяти может использо­ваться для передачи и обработки содержимого регистров периферийных устройств. Кроме того, другим важным дос­тоинством является простота структуры шин и минимиза­ция числа связей для обмена информацией между устрой­ствами ЭВМ.