Организация вычислительного процесса
В основе организации вычислительного процесса лежат принципы построения цифровых вычислительных машин предложенные ещё фон Нейманом.
1. Выполняемая программа слагается из последовательности арифметических и логических операций из фиксированного набора команд.
2. Команды и данные в кодированном виде размещаются в запоминающем устройстве (в памяти). Память разбивается на слова фиксированной длины и имеет линейную адресацию, т.е. местоположение команд или данных в памяти определяется её адресом.
3. При этом различают два подхода: общая память для данных и команд.
- принстонская архитектура или фон-Неймана - открывается возможность модификации команд и раздельная память для данных и команд
- гарвардская архитектура - появляется возможность совмещения выборки из памяти данных и команд, исключается случайное использование данных в качестве команд и наоборот.
4. Память в целом имеет иерархическую структуру: сверхоперативная, оперативная, внешняя.
5. Операции выполняются операционными устройствами - процессором.
6. Результат операции записывается в оперативную память или в регистр
7. Результат операции характеризуются определёнными признаками (флагами) >0; <0; =0; ?0 и т.д.
8. Сверхоперативная память (регистры) для промежуточного хранения данных и часть оперативной памяти (кэш) располагается в процессоре.
9. Связь компьютера с внешними устройствами и человеком осуществляется посредством устройств ввода/вывода.
.
4.2. Общая структура компьютера.
Отсюда вытекает общая структура компьютера, установившаяся в настоящее время:
- устройство обработки данных (процессор)
- система памяти
- система ввода-вывода
- система интерфейсов между ними
Многошинная организация.
 |
Двухшинная организация.
 |
Одношинная организация.
 |
Для сравнительной оценки компьютеров пользуются следующими характеристиками.
- производительность определяется возможностями процессора и оценивается объемом информации, обрабатываемой в единицу времени или количеством операций стандартного набора в единицу времени.
- емкость запоминающих устройств - байты, Кбайты, Мбайтны, Гбайтны и их номенклатура
- набор внешних устройств и их пропускная способность: бит/сек (бод), байт, Кбайт, Мбайт
- надежность функционирования: вероятность безотказной работы в течение заданного интервала; время наработки до первого отказа (в среднем); среднее время восстановления; живучесть - возможность сохранять работоспособность при отказе отдельных элементов, косвенно –
- условия эксплуатации
4.3. Процессор.
4.3.1. Архитектура и организация.
Как процессор, так и компьютер вцелом, характеризуется архитектурой и организацией.
Хотя чёткую границу между этими понятиями провести трудно.
Под архитектурой понимается совокупность свойств и характеристик процессора (компьютера), доступных пользователю (потребителю). Пользователя же в основном интересует производительность на его задачах, простота постановки своих задач (программирование), удобство общения с вычислительным средством.
Те есть, архитектура процессора отражает возможности, предоставляемые пользователю:
- форматы данных
- набор (систему) команд
- режимы адресации
- набор устройств хранения информации
- набор методов ввода-вывода информации
Организация ЭВМ определяет, как эти средства реализованы: Под организацией или структурой понимается совокупность устройств, необходимых для воплощения архитектуры.
- особенности аппаратурной реализации
- степень параллелизма
- быстродействие
- система памяти
- система ввода-вывода
- система интерфейсов между ними.
Исходя из концепции фон-Неймана структурная схема процессора
имеет следующий вид.
Общая (упрощенная) структура процессора.
|
Итак. мы будем рассматривать архитектурные возможности процессоров исходя из следующих аспектов:
– Форматы данных
– Набор регистров
– Форматы команд
– Режимы адресации
– Набор операций
