Лекция: Архитектура ЭВМ. Структура ЭВМ. Принципы фон Неймана. Память ЭВМ. Внешние устройства.

Под архитектурой ЭВМ принято понимать совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их основных характеристик, определяющая функциональные возможности вычислительной машины при решении соответствующих типов задач.

Архитектура ЭВМ охватывает значительный круг проблем, связанных с созданием комплекса аппаратных и программных средств и учитывающих большое количество определяющих факторов. Среди этих факторов основными являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство в эксплуатации, а одним из основных компонентов архитектуры считаются аппаратные средства.

Архитектуру вычислительного средства необходимо отличать от структуры ВС. Структура вычислительного средства определяет его текущий состав на определенном уровне детализации и описывает связи внутри средства. Архитектура же определяет основные правила взаимодействия составных элементов вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой необходимо для формирования правил взаимодействия. Она устанавливает не все связи, а только наиболее необходимые, которые должны быть известны для более грамотного использования применяемого средства.

Так, пользователю ЭВМ не важно, на каких элементах выполнены электронные схемы, схемно или программно исполняются команды и тому подобное. Архитектура ЭВМ действительно отражает круг проблем, которые относятся к общему проектированию и построению вычислительных машин и их ПО.

Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ — совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке.

Положения фон Неймана:

ü Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)

ü Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти

ü Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)

ü Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме

ü Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве

ü Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода

Память ЭВМ — среда или функциональная часть ЭВМ, предназначенная для приема, хранения и избирательной выдачи данных. Различают оперативную (главную, основную, внутреннюю), регистровую, кэш- и внешнюю память.

Запоминающее устройство (ЗУ ) [storage unit, mamory unit ] — Техническое средство, реализующее функции памяти ЭВМ.

Ячейка памяти[cell, memory cell,storage cell ] — Минимальная адресуемая (см. адресация) область памяти (в т.ч. — запоминающего устройства и регистра ).

1. В зависимости от возможности записи и перезаписи данных в памяти последняя подразделяется на:

1. Память(ЗУ ) с записью-считыванием[read/write memory ] — Тип памяти, дающей возможность пользователю помимо считывания данных производить их исходную запись, стирание и/или обновление. К этому виду м.б. отнесены оперативная память (см. — ОЗУ, RAM, кэш-память ) а также ППЗУ ;

2. Постоянная память, постоянное ЗУ ,ПЗУ [Read Only Mamory(ROM)] — Тип памяти (ЗУ), предназначенный для хранения и считывания данных, которые никогда не изменяются. Запись данных на ПЗУ производится в процессе его изготовления, поэтому пользователем изменена быть не может. Наиболее распространены ПЗУ, выполненные на интегральных микросхемах (БИС, СБИС) и оптических (компакт) дисках (см. CD-ROM);

3. Программируемая постоянная память, программируемое ПЗУ ,ППЗУ[PROM — Programmable Read-Only Memory ] — Постоянная память или ПЗУ, в которых возможна запись или смена данных путем воздействия на носитель информации электрическими, магнитными и/или электромагнитными (в т.ч. ультрафиолетовыми или другими) полями под управлением специальной программы. Различают ППЗУ с однократной записью и стираемые ППЗУ [EPROM — Erasable PROM ], в том числе:

· Электрически программируемое ПЗУ(ЭППЗУ ) [EAROM — Electrically Alterable Read Only Mamory];

· Электрически стираемое программируемое ПЗУ (ЭСПЗУ )[EEPROM — Electrically Erasable Programmable Read-Only Mamory]. К стираемым ППЗУ относятся микросхемы флэш-памяти отличающиеся высокой скоростью доступа и возможностью быстрого стирания данных.