Содержание
-
1 вопросТипы архитектур вычислительных систем. Архитектура ЭВМ по фон Нейману. Гарвардская архитектура ЭВМ. Принципы фон Неймана.
-
Существует два типа архитектуры микропроцессорных систем: архитектура с общей, единой шиной для данных и команд (одношинная, или принстонская, фон-неймановская архитектура); архитектура с раздельными шинами данных и команд (двухшинная, или гарвардская архитектура).
-
Рисунок 1 - Архитектура с общей шиной для данных и команд
-
Архитектура с общей шиной распространена гораздо больше, она применяется, например, в ПК и в сложных микрокомпьютерах. Она проще, т.к. не требует от процессора одновременного обслуживания двух шин, контроля обмена по двум шинам сразу.
-
Наличие единой памяти данных и команд позволяет гибко распределять её объём между кодами данных и команд. Перераспределение памяти не вызывает никаких проблем, главное – чтобы программа и данные вместе помещались в памяти системы.
-
Память в таких системах достигает больших объёмов, что позволяет решать самые сложные задачи.
-
Рисунок 2 - Архитектура с раздельными шинами данных и команд
-
Архитектура с раздельными шинами применяется гораздо реже и в основном в однокристальных микроконтроллерах. Она сложнее, т.к. заставляет процессор работать одновременно с двумя потоками кодов, обслуживать обмен по двум шинам одновременно.
-
Программа может размещаться только в памяти команд, данные – только в памяти данных. Такая специализация ограничивает круг задач, решаемых системой, т.к. не даёт возможности гибкого перераспределения памяти
-
Преимущество такой архитектуры заключается в ускорении работы микропроцессорной системы, т.к. обмен по обеим шинам может быть независимым, параллельным во времени.
-
Соответственно, структуры шин могут быть выбраны оптимально для той задачи, которая решается каждой шиной. Однако усложнение структуры процессора требует дополнительных затрат на аппаратуру.
-
Одной из революционных идей, значение которой трудно переоценить, является предложенный Нейманом принцип “хранимой программы”. Первоначально программа задавалась вручную, путем установки перемычек на специальной коммутационной панели. Это было весьма трудоемким занятием: например, для изменения программы машины ENIAC требовалось несколько дней (в то время как собственно расчет не мог продолжаться более нескольких минут – выходили из строя лампы). Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде набора нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений.
-
Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру. Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ), оперативная память, внешняя память, устройства ввода и вывода.
-
Рисунок 1 - Архитектура ЭВМ, построенной на принципах фон Неймана. Сплошные линии со стрелками указывают направление потоков информации, пунктирные – управляющих сигналов от процессора к остальными узлам ЭВМ
-
Устройство управления и арифметико-логическое устройство (АЛУ), объединенные в одном блоке – процессоре– занимаются преобразованием информации, поступающей из памяти и внешних устройств. Сюда относятся выборка команд из памяти, их кодирование и декодирование, выполнение различных арифметических и логических операций, согласование работы узлов компьютера.
-
Память хранит информацию (данные) и программы. На ОЗУ и ВЗУ классификация устройств памяти не заканчивается – определенные функции выполняют и СОЗУ (сверхоперативное запоминающее устройство), и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), и другие подвиды компьютерной памяти.
-
Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. На ОЗУ и ВЗУ классификация устройств памяти не заканчивается – определенные функции выполняют и СОЗУ (сверхоперативное запоминающее устройство), и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), и другие подвиды компьютерной памяти.
-
В построенной по описанной схеме ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Адрес очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается счетчиком команд в УУ. Его наличие также является одним из характерных признаков фон-неймановской архитектуры.
-
Основные принципы фон Неймана:
1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. 2. Принцип однородности памяти. Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти и кодируются в одной и той же системе счисления (чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. 3. Принцип адресуемости памяти. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.