ЭВМ. Принципы организации и функционирования ЭВМ. Обобщённая структура ЭВМ. Назначение основных устройств

ЭВМ – это комплекс программных средств, предназначенных для автоматической обработки информации.

В зависимости от аппаратной базы различают несколько поколений ЭВМ:

§ Первое поколение. Релейные и ламповые компьютеры

§ Второе поколение. Полупроводниковые компьютеры

§ Третье поколение. Компьютеры на интегральных схемах

§ Четвёртое поколение. Компьютеры на (сверх)больших интегральных схемах

§ Пятое поколение. Многопроцессорные компьютеры

Реализована идеология функционирования ЭВМ может быть по-разному: аппаратурными, программно-аппаратурными или программными средствами. При аппаратурной и программно-аппаратурной реализации могут быть применены регистры, дешифраторы, сумматоры; блоки жесткого аппаратурного управления или микропрограммного с управлением подпрограммами (комплексами микроопераций); устройства или комплексы устройств, реализованные в виде автономных систем (программируемых или с жестким управлением) и др. При программной реализации могут быть применены различные виды программ - обработчики прерываний, резидентные или загружаемые драйверы, соm-, ехе- или tsr - программы, bat- файлы и др.
Способы реализации функций ЭВМ составляют структурную организацию ЭВМ. Тогда элементная база, функциональные узлы и устройства ЭВМ, программные модули различных видов (обработчики прерываний, драйверы, соm-, ехе-, tsr-программы, bat-файлы и др.) являются структурными компонентами ЭВМ.

Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя
Один из «прозрачных» процессов машины – это организация ввода, преобразование и отображение результатов работы системного программного обеспечения. Программа задания, написанная программистом на алгоритмическом языке называется исходным модулем.
Перевод исходной программы на машинный язык осуществляет программа translator. Он делится на: компилятор и интерпретатор.
Интерпретатор – после перевода на язык машины каждого оператора исходного модуля немедленно его исполняет.
Компилятор – сначала полностью переводит всю программу исходного модуля на машинный язык, затем его исполняет.
Объектный модуль – машинный язык.

4.

Обобщенная структура ЭВМ

Простейшая структура ЭВМ с локальными шинами между ее устройствами, приведена на рисунке 1.4.1.

Рисунок 1.4.1-Обобщенная структура ЭВМ
В состав ЭВМ входят:
- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, более короткое обозначение- оперативная память ОП);
- процессор;
- устройство ввода- вывода (УВВ, другое обозначение- периферийное устройство ПУ);
-пульт контроля и управления (ПКУ).
Процессор предназначен для обработки информации. Он состоит из 2-х частей: УУ - устройство управления (управляющий автомат), и АЛУ - арифметико-логическое устройство.
Обработку информации процессор осуществляет под управлением программы, хранящейся в ОЗУ. В ОЗУ наряду с программой также хранятся и данные, подлежащие обработке. Программа и данные поступают из ОЗУ в процессор по каналу связи между ОЗУ и процессором, называемым в вычислительной технике шиной. Такие же шины соединяют процессор и с другими устройствами ЭВМ.
УВВ предназначено для ввода программ и данных в ОЗУ, то есть они сначала подготавливаются либо в виде перфокарт (ПФК), перфолент (ПФЛ), либо в виде магнитных лент, магнитных дисков и т.п., а затем вводятся в ОП машины. После этого программа запускается на обработку. В современных машинах диалогового режима данные в ОП могут заноситься и непосредственно с клавиатуры.
ПКУ предназначен для ручного пуска различного рода тестовых программ, контроля хода вычислительного процесса или функционирования устройств ЭВМ.

Характеристика основных устройств.
Обобщенная структурная схема ЭВМ включает 5 основных функциональных блоков: устройство ввода (УВв), запоминающее устройство (ЗУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), центр. устройство управления (ЦУУ) и устройство вывода информации (УВыв).
1)УВв: клавиатура (основное УВв информации); сканер; устройства введение речевой информации, например, с помощью микрофона, дисководы CD-ROM, DVD-ROM, дисководы для гибких магнитных дисков (дискет), диджитайзеры.
2)УВыв:принтеры (матричные, литерные, термографические, струйные, лазерные), дисплей, устройства вывода на микрофильм с применением фотопленки в качестве носителя (большая скорость вывода – 1500-2700 строк/мин.), вывод графической информации с помощью графопостроителя, дисководы CD-ROM, DVD-ROM, дисководы для гибких магнитных дисков (дискет), устройство вывода речевой инф-ии, плоттер (вывод графической инф.).
3)ЗУ:3 вида: внутр. память: ОЗУ (оперативное запом. устройство) и ПЗУ (постоянное ЗУ); внешние ЗУ (ВЗУ).
ОЗУ служит для хранения данных, обрабатываемых процессором. Построена на микросхемах, для нее используется динамическая память, хар-ся емкостью (32 мВт), быстродействием. Поскольку доступ к любой ячейке этой памяти может осуществляться в любой момент времени, то ее называют памятью с произвольной выборкой (RAM). ОЗУ состоит из матрицы запоминающих элементов, регистров адреса, регистров числа и схем местного управления. Построена на БИС (боьшая интегральная схема) и СБИС (сверхбольшая интегр. схема) и является энергозависимой: при откл. питания информация в ОП теряется.
К внутр. памяти также относится ПП (пост. память), предназначенная для хранения постоянной информации, не изменяющейся в процессе вычисления. ПП используется для хранения микропрограмм, пограмм-трансляторов, стандартных программ, нормативных данных и т.п. ПЗУ работают только в режиме считывания информации, поэтому их конструкция проще, они дешевле, надежнее, чем ОЗУ. В ПЗУ хранится BIOS – базовая система ввода-вывода. ПЗУ делится на: 1) программируемые в процессе изготовления ПЗУ (ROM). Запись производится однократно. Такие ПЗУ имеют самую высокую плотность записи информации, они дешевые и конструктивно самые простые; 2) однократно программируемые заказчиком ПЗУ (PROM). Запись инф-ии выполняет заказчик с помощью спец. устройств (программаторов) по своему усмотрению, перезапись невозможна; 3) многократно перепрограммируемые ПЗУ допускают многократную запись инф-ии заказчиком и электрическое либо ультрафиолетовое стирание на спец. устройствах вне машины. Энергозависима.
ВЗУ – обеспечивают хранение больших массивов инф-ии. Относительно недороги, но менее быстродействующие по сравн. с устройствами внутренней памяти.ВЗУ делится на:1) НМЛ (накопители на магнитных лентах); 2) НД (накоп. на дисках): НЖМД (накоп. на жестких маг. дисках - винчестер), НГМД (на гибких – дискета: слой пластика, покрытый магнитным слоем), ОД (оптич. диски). ОД: CD-ROM, DVD, CD-R, CD-RW, MO (магнитнооптич. диски).
4)АЛУ:выполняет арифметические и логические операции над операндами в принятой системе исчисления и вырабатывает признаки результата, необходимые для управления ходом вычислительного процесса. Иногда АЛУ наз-ся оперативным блоком. Содержит: регистры для приема операндов из ОП и хранения их в течение времени выполнения операции; сумматор, осуществляющий преобразование инф-ии; логические схемы для сдвига операндов вправо и влево и перевода из одного кода в другой; местный блок управления схемы оперативного контроля.
5) ЦУУ: реализует программный принцип управления и обеспечивает координацию работы всех блоков машины. В состав входит: блоки синхронизации, блоки формирования исполнительных адресов операндов, блоки управления операциями.
Следует отдельно сказать о центр. процессоре (ЦП). В него входят: ЦУУ, АЛУ, внутренняя память, спец. системные средства (счетчик времени, ср-ва управл. ОП и т.п.) Процессор – часть ЭВМ, кот. осуществляет управление данными и их обработкой. Процессор координирует работу всех устройств.
Осн. функции: выработка синхроимпульсов, анализ данных для управления, формулировка адресов для обращения, работа с памятью ЭВМ, обмен данными с др. устройствами.

ВОПРОС 12