Компютърна като система 1

2. Структурата на компютъра и неговите основни устройства взаимодействия

2.1. Класически основи за изграждане на компютър

Основи на изграждане на електронни компютри в модерния си смисъл са положени през 30-те години - 40-те години на английски математик миналия век Алън Тюринг и американецът от унгарски произход Джон (Янош) Нойман.

2.2. Архитектура класически компютър

През 1946 г. Джон фон Нойман представи работата, която положи основите на развитието на компютърните технологии.

Нойман основна позиция.

1. Машини с електронни елементи, които не трябва да работят в десетична и двоична бройна система.
2. Програмата трябва да се намира в един от блоковете на машината - устройство за съхранение (памет), с достатъчен капацитет и съответните проценти за вземане на проби, както и записване на командите на програмата.
3. Програма, както и номера, към която машината работи, то е в двоичен код. По този начин, под формата на представяне на екипа и от същия тип. Това води до следните по-важни последици:
   • Междинните резултати от изчисленията, константи и други номера могат да бъдат поставени в една и съща памет като програмата;
   • числен програма форма запис позволява на машината да изпълнява операции на ценности, които са кодирани инструкции на програмата.
4. Трудности физическата реализация на паметта, скоростта, която да съответства на скоростта на логически схеми изисква йерархична организация на паметта.
5. апарат аритметика машина конструирана на базата на схеми, които изпълняват операция допълнение. Създаването на специални звена за изчисляване на други операции непрактични.
6. Устройството използва принципа на паралелния процес Computing (операции на думи, произведени едновременно на всички рангове).

Общата структура на класически компютър

Компютърни конструирана съгласно принципите, определени Neumann, се състои от следните блокове (Fig.2.4) памет. аритметично логическо устройство и устройството за управление също така е възможно да се работи с външни устройства и дистанционни управления.

Фиг. 2.4. Структурата на класически компютър

Оперативна памет (RAM) - устройство високоскоростна памет, която работи директно от AC и CU.

Гумата концепция сложи различно значение при разглеждането на различните въпроси. В най-простия случай, терминът означава редица автобусни проводници положени в паралел. която се предава двоична информация. В този случай, всеки проводник се подава едно малко. За преглед компютър структура с помощта на концепцията - системна шина (когато се разглежда структурата на микропроцесора MP посочи вътрешният автобус).

Алгоритъм написана от потребителската програма, изпълнена под формата на машинни инструкции. Под ръководството разбере целостта на данните, представени под формата на двоични кодове, необходими за процесора да изпълнява следващата стъпка. Командата код, за да съхранява информация за вида на операцията, намирането на обработените данни и местата за съхранение на резултатите подчерта определено ниво (област).

Фигура 2.5. формат инструкция

Форматът на командата се нарича предварително договорена структура области в своите кодове, което позволява на компютъра да разпознава елементите на кода.

Дължината на кода на обучение се измерва в машинните думи.

Наборът от операции, осъществявани от машината формира своя набор инструкции. Системата за командване често определя ефективността на терена и използване на компютри. Към системата компютърни команди правят искания минимален и функционална пълнота. Повечето алгоритми могат да бъдат изпълнени в малък набор от основни команди. Въпреки това, на снимачната площадка инструкция трябва да бъде завършена, т.е. съдържа всички команди, които са необходими за алгоритъма за тълкуване в машинен код.

Компютърна принципи на работа на структурата на фон Нойман

След завършване на тази операция, която се определя от регистъра на състоянието в приложената SchK възел (1) и през следващия тактов цикъл от RAM се избира следващата команда за програмни брой RAM клетки, и след това този процес се повтаря.

Характеристики на хардуер и софтуер за управление на процесите за обработка на информация

Характерна особеност на традиционната цифрова система се крие във факта, че алгоритмите за обработка и съхранение на информация в него, са твърдо свързани със схемата на системата. Това означава, че промяната на тези алгоритми е възможно само чрез промяна на структурата на системата, сменете на електронните компоненти, включени в системата, и / или на връзките между тях. Тази цифрова система често се нарича система на "твърда логика". Всяка система за "твърд логика" е непременно специализирана система, настроена изключително за една задача, или (рядко) на няколко роднини, по-рано известни проблеми.

Това има своите предимства:

- Специализирана система никога не е хардуерен излишък, това е, всеки елемент е необходимо да се работи в "пълна сила".

- Специализирана система може да осигури възможно най-високата скорост, тъй като скоростта на алгоритми за обработка на информация са определени в нея само от скоростта на отделни логически елементи и то винаги максимално.

В същото време най-големият недостатък на цифровата система за "твърд логика" е, че е необходимо да се проектира и произвежда наново за всяка нова задача.

За да се преодолее този недостатък, системата за управление на софтуер за е построен. приспособими за всяка задача, без да променя своя хардуер структура, чрез вмъкване на допълнителна информация за управление - програма.

Фигура 2.6. Компютърна принципи на работа на структурата на фон Нойман

Важно предимство на тази система - гъвкавост:

В същото време има редица недостатъци:

1. Всеки гъвкавост непременно да доведе до съкращаване на персонал. Решението изисква най-трудната задача много повече пари, отколкото решението като прост и универсален сложността на системата трябва да бъде такава, че да осигури решение на много трудна задача, но по-просто проблемът да бъде решен, толкова по-голяма резервираност на системата. Излишъкът води до увеличаване на разходите на системата, намаляване на нейната надеждност, увеличаване на консумацията на енергия и т.н.
2. Освен това, гъвкавостта обикновено води до значително разграждане изпълнение.

По този начин, можем да направим следния извод. Система за "твърд логика" Е, къде е проблемът в процес на разглеждане не се променя в продължение на дълъг период от време, което изисква най-високата производителност, където обработка на информация алгоритми са много прости. Една многофункционална, програмируема система е добра, когато се променя често решими проблеми, когато с висока скорост не е твърде важен, където обработка на информация алгоритми сложни.

Особености на прилагането на устройства за контрол на компютъра

Въз основа на посочените по-горе принципи, има два начина на конструиране на устройства генерират управляващи сигнали (N): хардуер и софтуер (фърмуер). Извършване на операции в машината се намалява до елементарна информация трансформация (информация предаване между възлите в блоковете на информация на възли смени, логически операции побитови, условия за проверка и т.н.) в логически елементи, възли и елементи под въздействието на функционалните блокове на контролни сигнали (устройства) управление. Елементен неразлагаем превръщане в опростена, работещ в рамките на един цикъл за синхронизиране сигнали се наричат ​​микро-операции.

устройствата за контрол на хардуер (верига), като всеки UOP съответства на един набор от взаимосвързани логически схеми. производство на специфични функционални сигнали в определени моменти във времето, и така за контрол на компютър с компютър, наречен логика контрол хардуерно устройство Твърд. Това понятие се отнася до записването в структурата на компоненти връзки компютър системата от команди и е практическата невъзможност за всяка промяна в системата за компютърни команди, след като е направена.

За софтуерно приложение (фърмуера) на устройството за управление на паметта е вписан последен. Всяка цифра от продукцията си код определя появата на специфична функция за контрол на сигнала. Ето защо, всяка операция е свързана с микрокод. Микрокод и последователност на тяхното изпълнение (фърмуер) гарантира спазването на сложна операция. Методът за контрол на работа чрез последователно четене и тълкуване на microinstructions от паметта, както и използването на кодовете за генериране microinstructions функционални контрол nazyvayutmikroprogrammnym сигнали. микрокомпютър с метод за контрол - или фърмуер съхранява с (гъвкав) управляваща логика. За фърмуера си да наложи изисквания към функционалната пълнотата и minimality. Първото изискване е необходимо да се даде възможност за развитието на фърмуера, всички операции на машината, а вторият се дължи на желанието да се намали количеството на използваното оборудване.

Автоматичен процес за управление на фърмуера компютър за решение на проблема е постигнато въз основа на принципа на контрол на програма (СПП), която е основната му функция и е както следва:

1) операция се осъществява от устройство, е поредица от елементарни действия - микро;

2) логическите условия се използват за контрол на микро-подреждане;

3) Метод за извършване на операции в апарата, описан в формата на алгоритъма, представено под формата на микро-операции и логически състояния наречени фърмуер;

4) фърмуер отразява функции на устройството, структура и процедури на работа в единица време.

Екип на компютър тичам в реда, който отразява позицията им в последователни места в паметта, с изключение на безусловна и условна скок, да се промени този ред. Последователността на команди за определена цел - се нарича програма. PPU осигурява гъвкавостта на микропроцесорна система и позволява проблем ориентацията на компютри.

Мощност - съотношението на работа в течение на времето на продължителността на този интервал.