Computer ca un sistem de 1

2. Structura calculatorului și dispozitivele sale de interacțiune fundamentale

2.1. Elementele de bază clasice de construire a unui calculator

Bazele construirea calculatoarelor electronice în sensul lor moderne au fost stabilite în anii '30 - '40 ai secolului trecut matematicianului englez Alan Turing și american de origine maghiară John (Janos) Neumann.

2.2. Arhitectura calculatoarelor clasice

În 1946, John von Neumann a prezentat activitatea, care a pus bazele pentru dezvoltarea tehnologiei de calculator.

Neumann poziție de bază.

1. Mașini cu elemente electronice, nu ar trebui să funcționeze în zecimal și sistemul numeric binar.
2. Programul ar trebui să fie situat într-unul dintre blocurile mașinii - în dispozitivul de stocare (memorie), de o capacitate suficientă și ratele de eșantionare respective, precum și înregistrarea comenzilor de program.
3. Programul precum și numărul, la care aparatul funcționează, este în cod binar. Astfel, în forma de prezentare a echipei și de același tip. Acest lucru conduce la următoarele consecințe importante:
   • rezultatele intermediare ale calculelor, constante și alte numere pot fi plasate în aceeași memorie ca program;
   • numerică program de formular de înregistrare permite aparatului să efectueze operații pe valori care sunt codificate instrucțiuni de program.
4. Dificultățile de realizare fizică a memoriei, viteza care ar corespunde vitezei circuitelor logice necesită organizare ierarhică de memorie.
5. Aparate de mașină aritmetică construite pe baza unor sisteme care realizează o operație de adăugare. Crearea unor unități speciale pentru calculul altor operațiuni impracticabile.
6. Aparatul folosește principiul procesului de calcul paralel (operații pe cuvinte produse simultan pe toate gradele).

Structura generală a unui calculator clasic

Computer construite în conformitate cu principiile definite Neumann, este alcătuit din următoarele blocuri (Fig.2.4) memorie. unitate logică aritmetică și dispozitivul de control este, de asemenea, posibil să se lucreze cu dispozitive externe și de control de la distanță.

Fig. 2.4. Structura unui calculator clasic

Memoria operativa (RAM) - un dispozitiv de memorie de mare viteză care operează în mod direct de la AC și CU.

Pneul Conceptul a pus un sens diferit atunci când se analizează diferitele aspecte. În cel mai simplu caz, termenul se înțelege un număr de conductori de autobuz prevăzute în paralel. care este transmis informații binare. În acest caz, fiecare fir este trecut un singur bit. Pentru structura de calculator de revizuire folosind conceptul - un autobuz sistem (atunci când se analizează structura microprocesorului MP indică autobuz intern).

Algoritmul scris de programul de utilizator, implementat sub formă de instrucțiuni mașină. Sub conducerea ei înțeleg totalitatea datelor prezentate sub forma unor coduri binare necesare pentru procesorul pentru a efectua pasul următor. Comanda de cod pentru a stoca informații despre tipul de intervenție chirurgicală, găsirea datelor prelucrate și locul de depozitare a rezultatelor evidențiate anumit nivel (câmp).

Figura 2.5. formatul de instrucțiuni

Formatul se numește comanda câmpuri de structură stabilită în prealabil în codurile sale, permițând computerului să recunoască componentele codului.

Lungimea codului de instrucțiuni se măsoară în cuvinte de mașini.

Setul de operațiuni puse în aplicare de către aparatul formează setul său de instrucțiuni. Sistemul de comandă determină de multe ori eficiența câmpului și utilizarea calculatoarelor. Pentru sistemul de comenzi pentru calculator face cereri de caracterul complet minim și funcțional. Cei mai mulți algoritmi pot fi implementate într-un mic set de comenzi de bază. Cu toate acestea, setul de instrucțiuni trebuie să fie completă, adică conține toate comenzile care sunt necesare pentru algoritmul de interpretare în cod mașină.

Principii de lucru de calculator, pe structura von Neumann

După terminarea acestei operații, care este determinată de registrul de stare în unitatea SchK anexată (1) și în următorul ciclu de ceas din memoria RAM este selectată următoarea comandă în ordinea numerelor de program de celule RAM, iar apoi acest proces va fi repetat.

Caracteristici de hardware și software de control al informațiilor de proces de prelucrare

O trăsătură caracteristică a sistemului digital de tradițional constă în faptul că algoritmii de procesare și stocare a informațiilor în ea sunt conectate rigid la circuitele sistemului. Aceasta este, variația acestor algoritmi este posibilă numai prin schimbarea structurii sistemului, înlocuiți componentele electronice incluse în sistem, și / sau conexiunile dintre ele. Acest sistem digital este adesea numit un sistem pe „logica hard“. Orice sistem pe „logica hard“ este în mod necesar un sistem specializat, reglat exclusiv pentru o singură sarcină, sau (mai rar), câteva rude, probleme cunoscute anterior.

Acest lucru are avantajele sale:

- Sistemul de specialitate nu are o redundanță hardware-ul, care este, fiecare element este necesar pentru a lucra în „vigoare“.

- Sistemul de specialitate poate oferi cea mai mare viteză posibilă, deoarece viteza algoritmilor de prelucrare a informațiilor definite de acesta numai prin viteza de elemente logice individuale și întotdeauna maximă.

În același timp, cel mai mare dezavantaj al sistemului digital de pe „logica hard“ este faptul că este necesar să se proiecteze și să producă din nou pentru fiecare sarcină nouă.

Pentru a depăși acest neajuns, sistemul de management al software-ului este construit. adaptabil pentru orice sarcină fără a schimba structura hardware, prin inserarea unor informații suplimentare de control - de program.

Figura 2.6. Principii de lucru de calculator, pe structura von Neumann

Un avantaj important al acestui sistem - versatilitate:

În același timp, există o serie de dezavantaje:

1. Orice versatilitate duce neapărat la redundanță. Soluția necesită cea mai dificilă sarcină mult mai mulți bani decât soluția ca complexitate simplă și universală a sistemului ar trebui să fie de așa natură încât să ofere o soluție pentru foarte dificila sarcina, dar problema mai simplu de a fi rezolvată, cu atât mai mare redundanta sistemului. Redundanța conduce la creșterea costurilor de sistem, reduce fiabilitatea, crește consumul de energie, etc.
2. Mai mult decât atât, versatilitatea de obicei duce la o degradare semnificativă a performanței.

Astfel, putem trage următoarea concluzie. Sistemul de „logica tare“ Ei bine, în cazul în care problema în cauză nu se schimbă pentru o lungă perioadă de timp, care necesită cea mai mare performanță, în cazul în care algoritmi de procesare a informației sunt foarte simple. Un sistem versatil, programabil este bun în cazul în care se modifică frecvent probleme rezolvabile, în cazul în care de mare viteză nu este prea important, în cazul în care algoritmi de prelucrare a informațiilor complexe.

Caracteristici ale punerii în aplicare a dispozitivelor de control al computerului

Pe baza principiilor de mai sus, există două căi de dispozitive construire a genera semnale de control (N): hardware și software (firmware). Efectuarea operațiilor în mașină se reduce la informațiile elementare de transformare (informații de transmisie între nodurile din blocurile de informații la nodurile schimbare, operații logice la nivel de bit, condițiile de verificare etc.), în logica elementele, noduri și blocuri sub efectul blocurilor funcționale ale semnalelor de control (dispozitive) de management. Elementar indecompozabil conversie în mai simple, care rulează în cadrul semnalelor de sincronizare de un ciclu sunt numite micro-operații.

Hardware-ul (circuit) dispozitive de control, fiecare UOP corespunde unui set de circuite logice interconectate. producând semnale funcționale specifice la anumite momente de timp, și astfel controlul calculatorului cu un dispozitiv hardware logic de control numit calculator rigid. Acest concept se referă la fixarea în structura sistemului de comandă calculator conexiuni componente și este imposibilitatea practică de orice schimbare în comenzile de calculator de sistem după ce a fost făcut.

Pentru o implementare de software (firmware) a dispozitivului de control al memoriei este introdusă ultima. Fiecare cifră din codul său de ieșire determină apariția unui semnal specific de control al funcției. Prin urmare, fiecare operațiune este asociat cu un microcod. Microcode și secvența de implementare a acestora (firmware) asigură conformitatea cu orice operațiune complexă. metoda de control al funcționării, în mod secvențial citirea și interpretarea microinstrucțiunilor din memorie și utilizând codurile pentru a genera semnale microinstrucțiunilor funcționale de control nazyvayutmikroprogrammnym. un microcalculator cu o metodă de control - sau prin firmware stocate cu logica de control (flexibil). Pentru firmware impune, de asemenea, cerințele pentru caracterul complet funcțional și minimalitatea. Prima cerință este necesară pentru a permite dezvoltarea firmware-ului, toate operațiunile de mașini, iar al doilea se datorează dorinței de a reduce cantitatea de echipament utilizat.

calculator automat de gestionare a procesului de firmware pentru soluția problemei se realizează pe baza principiului controlului programului (UPP), care este caracteristica sa principală și este după cum urmează:

1) Orice operație este realizată de către dispozitivul, este o secvență de acțiuni elementare - micro;

2) condițiile logice sunt utilizate pentru a controla micro-ordonare;

3) Procesul pentru efectuarea operațiunilor în aparatul descris sub forma algoritmului reprezentat sub forma de micro-operații și condiții logice numite firmware;

4) Firmware-ul care reflectă funcții ale dispozitivului, structura și procedurile de funcționare în unitatea de timp.

Echipa într-un computer se execută în ordinea care reflectă poziția lor în locații de memorie succesive, cu excepția unui salt necondiționat și condiționat, pentru a modifica această ordine. Secvența de comenzi pentru un anumit scop - se numește un program. UPP asigură flexibilitatea sistemului microprocesor și permite orientarea problemei calculatoarelor.

Puterea - raportul de muncă efectuate în timp, pe durata acestui interval.