Простейшие типы архитектур.

Различают центральные (ЦУ) и внешние устройства (ВУ) и внутримашинный интерфейс (каналы связей КС).

Центральные устройства (ЦУ) – основная компонента ЭВМ, включает ЦП и ОП.

ЦП обеспечивает обработку информации и управление вычислительным процессом. Он выбирает из ОП команды и данные, записывает в неё данные, включает и отключает ВУ.

Основные блоки ЦП:

- УУ с интерфейсом процессора (системой сопряжения и связи ЦП с другими устройствами ЭВМ

- АЛУ

- процессорная память (внутренний кэш)

ОП – временно хранит данные и программы в процессе выполнения вычислительных и логических операций

Для характеристик ЦУ используются следующие параметры:

- Длина машинного слова (разрядность, адресность)

- Система команд

- Объём ОП

- Быстродействие (тактовая частота ЦП, цикл записи/чтения ОП)

ВУ предназначены для организации эффективного взаимодействия с внешней средой – пользователями, объектами управления, другими ЭВМ.

ВУ подразделяются на такие группы:

- Устройства хранения данных (накопители)

- Устройства ввода данных

- Устройства вывода данных

Для специализированных ЭВМ (управление ракетами, связью) устройствами ввода могут быть датчики (расстояния, давления и т.д.), а устройствами вывода - манипуляторы (пневмо- и гидроприводы рулей, вентилей и т.д.). в универсальных ЭВМ внешними устройствами являются принтеры, плоттеры, терминалы и т.д.

Внутренний интерфейс (Каналы связей) выполняют сопряжение центральных узлов ЭВМ с ВУ.

Все вышеупомянутые элементы ЭВМ физически реализованы на следующих схемных элементах и узлах:

- Память – обычно использует возможности и свойства триггера

- Счётчик (регистр) адреса команд - схемный узел «счётчик»

- Сумматор – полный сумматор или полусумматор

- Дешифратор (например, команд) – также здесь используется

Можно выделить 3 основных типа архитектур ЭВМ: «звезда», иерархическая и магистральная.

Рис. 8. Типы архитектур ЭВМ: а)«Звезда»

б)иерархическая

в)магистральная

В ЭВМ 1-го и 2-го поколения (архитектура «звезда») ЦУ соединено непосредственно с ВУ и управляет их работой.

Рис. 9. Структурная схема ЭВМ 1-го и 2-го поколения , «звезда».

Классическая архитектура включает одно АЛУ, через которое проходит поток данных, и одно УУ, через которое проходит программа. Это однопроцессорный компьютер.

При иерархической архитектуре (3-е поколение) ЦУ соединено с каналами ввода/вывода (КВВ) (периферийными процессорами), которые управляют контроллерами, к которым подключены различные внешние устройства. Такую архитектуру имеют ЭВМ системы IBM 360/370 и ЕС ЭВМ.

Рис. 10. Структурная схема ЭВМ 3-го поколения (иерархическая архитектура).

При магистральной архитектуре (общая шина) один или несколько процессоров и блоки ОП взаимодействуют между собой и с контроллерами ВУ через внутренний канал, общий для всех устройств. Так реализованы ПК типа IBM PC и DEC. Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнёздами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали делятся на шину адреса, шину данных и шину управления.

Рис. 11. Структурная схема ПК (магистральная архитектура)

Рис. 5.12. Структурная схема ПК – пример магистральной архитектуры.

Рассмотрим кратко основные блоки ЭВМ