Структура ЭВМ. Основные устройства и их назначение

Классификация компьютеров и вычислительных систем

 

ЭВМ – это комплекс технических и программных средств, объединенных общим управлением и предназначенных для преобразования инф. по любому из заданных алгоритмов.

ЭВМ – это электронная система для сбора, преобразования, хранения и выдачи инф.

ЭВМ классифицируются по следующим признакам:

по виду обрабатываемой инф.

по способу представления инф.

по назначению

по способу передачи кодов

по производительности

по способу представления инф.

аналоговые (АВМ)

цифровые (ЦВМ)

В АВМ инф. представляется с помощью непрерывных (аналоговых) сигналов, В ЦВМ – с помощью дискретных сигналов.

АВМ содержит операционных усилителей и компонентов с помощью которых можно было бы моделировать различные мат. функции и операции.

Решение мат. уравнений на АВМ сводилось к набору на наборном поле машины эл. схемы, соотв. данному решаемому уравнению, а решение получалось на экране осциллографа как ф-ция, аргументом к-рой явл. время.

В современной ЭВМ для представления инф. используются двоичные числа. Для представления их исп. 0 и 1, кот в ЭВМ отображаются с помощью двух зон напряжений.

По назначению.

ЭВМ общего назначения

специализированные ЭВМ

Общего назначения имеют широкий набор команд, позволяющий на данной ЭВМ реализовать любой алгоритм.

Спец. ЭВМ имеют огр. набор команд и предназначены для реализации узкого круга алгоритмов, бывают счетные, информационные, управляющие.

По способу передачи и обработки кодов.

параллельные

последовательные

В парал. коды обрабатываются и передаются одновременно во всех разрядах. В посл. побитно и раздельно во времени. Все совр. ЭВМ относятся к ЭВМ параллельного действия. Их достоинством явл. высокое быстродействие, недостатком – большие аппаратные затраты.

По быстродействию.

Малой, средней, высокой, сверхвысокой, супер-ЭВМ.

На базе ЭВМ и процессоров создаются многопроцессорные и многомашинные вычисл. системы (комплексы).

Многомашинный выч. комплекс – это совокупность ЭВМ, объединенных линиями связи и управления с помощью коммутаторов. Основное назначение – повышение надежности выч. систем. Такие комплексы предполагают использование ЭВМ в качестве резервной. Многопроцессорный комплекс – это совокупность процессоров, связанных между собой через общую ОП и функционирующих под единой ОС. Основное назначение – повышение производительности.

 

Параметры компьютеров

 

К основным параметрам ЭВМ относятся:

производительность

разрядность машинного слова

ёмкость оперативной памяти

скорость обмена инф. между ЦП и ОП

скорость обмена инф. между ЦП и ОП и внешними устройствами

надежность

потребляемая мощность

Производительность.

Определяется средним количеством операций, выполняемых за единицу времени при решении широкого класса задач. Измеряется в опер/с - MIPS ( Millen Instructions Per Second). Производительность конкретной ЭВМ определяется используемой в ней элементной базой и архитектурой.

Разрядность машинного слова.

Определяется количеством разрядов, используемых в данной ЭВМ для представления данных и машинных кодов. Определяет максимальное число, которое можно представить в ЭВМ – диапазон представимых чисел в ЭВМ, точность представимых чисел, и обьем адресуемой памяти.

Ёмкость оперативной памяти.

Определяется количеством адресуемых ячеек памяти наименьшей длины – байта.

Скорость обмена инф. между ЦП и ОП и внешними устройствами.

Определяется количеством инф., передаваемой в единицу времени между устройствами. Измеряется в Мбайт/с.

Надёжность.

Характеризуется тремя параметрами:

интенсивность отказов

 

 

Nот – количество отказов в партии из N изделий за время испытаний tи.

наработка на отказ

 

 

вероятность безотказной работы за время t.

Структура ЭВМ. Основные устройства и их назначение

 

ЭВМ строится по модульному принципу. модули ЭВМ предст собой функц-но законченные устр-ва с типовым напряжением. Устр-ва, сходящие в состав ЭВМ, делятся на центральные (ОП, проц-р) и внешние(перефер – устр-ва в/в и внешн запомин устр-ва).

 

Схема ЭВМ:

 

Проц-р предназн для выполнения арифм и логич операций управления вычисл процессом и организации взаимодействия между устр-ми ЭВМ. Проц-р сост из 2-х основных устройств:

– АЛУ Предназн для выполн-я арифм операций над числами, представл-ми в форме с фиксиров, плавающ точкой и в десятичном формате. Предназн для выполн-я арифм операции (+,–,*,/), а также для логич операций над многоразрядными двоичными кодами и формир-я признаков рез-та операции. АЛУ строится на сумматорах, регистрах и др.

– УУ Предназн для управл-я вычисл-ым процессом. УУ дешифрирует коды команд, вырабатывает управляющие сигналы в соответствии с этими кодами для АЛУ и др устройств ЭВМ. В процессе работы на УУ поступают признаки рез-ов и сигналы запросов прерыв-ий, с учетом к-ых, если необходимо, УУ корректирует вычислительный процесс, вызывает программы прерываний и выполняет некоторые др действия.

ОП предназн для временного хранения программ, данных, обрабатываемых в программе, исходных, промежут и конечных рез-ов вычислений.

Внешние устр-ва предназн для организации взаимодействия пользователя с центр-ми устр-ми (ЦУ). Делятся на:

– устр-ва ввода (Увв)

– устр-ва вывода (Увы)

– внешние запоминающие устр-ва (ВЗУ)

Увв предназн для ввода информации в ЭВМ. Преобразует инф-ю, представленную на внешних носителях, в электрич сигналы, используемые для представления инф-ции в ЦУ ЭВМ.

Увы выполн функуию, обратную Увв, т.е. преобразует электр сигналы, с помощью к-ых инф-я представлена в ЭВМ, в форму, удобную для восприятия человеком, либо в форму, используемую для представления инф-ции на внешних носителях.

ВЗУ использ для хранения больших массивов инф-ции, к-ые не помещаются в ОП ЭВМ.

Интерфейсный блок предст собой совокупность аппаратных и программных средств, предназн-ых для сопряжения внешних устройств с ЦУ ЭВМ.

 

 

Шина – совокупность линий, по каждой из которых в любой заданный момент времени передается 1 бит инф-ции. Различают

– управляющая шина (ШУ)

– шина адреса (ША)

– шина данных (ШД)

ША однонаправлена. Используется для передачи от проц-ра кодов адресов ячеек ОП, внешних устройств, ячеек ПЗУ.

ШД двунаправлена. Использ для передачи кодов данных между ЦУ и внешними устр-ми ЭВМ.

ШУ двунаправлена. Использ для передачи сигналов синхронизации от проц-ра к ОП и наоборот, от проц-ра к внешн устр-ам и наоборот.

Сигнала синхронизации привязаны к границам тактов, к-ые задаются с помощью тактового генератора.

Разрядность шин опред-ся разрядностью машинного слова, используемой в данной ЭВМ. в соврем ЭВМ исп 32-битовая ША (4 Мб), 64-битовая ШД.