Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ

Принципы построения ЭВМ

Архитектура ЭВМ — это общее описание структуры и функций ЭВМ на уровне, достаточном для понимания принципов работы и системы команд ЭВМ, не включающее деталей технического и физического устройства компьютера.

К архитектуре относятся следующие принципы построения ЭВМ:

• 1. структура памяти ЭВМ;
• 2. способы доступа к памяти и внешним устройствам;
• 3. возможность изменения конфигурации;
• 4. система команд;
• 5. форматы данных;
• 6. организация интерфейса.

Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы американским учёным Джоном фон Нейманом в 40-х годах XX века:

• 1) Любую ЭВМ образуют три основных компонента: процессор, память и устройства ввода-вывода (УВВ).
• 2) Информация, с которой работает ЭВМ делится на два типа:
  • а) набор команд по обработке (программы);
  • б) данные подлежащие обработке.
• 3) И команды, и данные вводятся в память (ОЗУ) — принцип хранимой программы.
• 4) Руководит обработкой процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и логические операции над данными.
• 5) С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ).

Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через системную шину.

Шина — это кабель, состоящий из множества проводников. По одной группе проводников — шине данных передаётся обрабатываемая информация, по другой — шине адреса — адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть магистрали — шина управления, по ней передаются управляющие сигналы.

Системная шина характеризуется тактовой частотой и разрядностью. Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Тактовая частота характеризует число элементарных операций по передаче данных в 1 секунду. Разрядность шины измеряется в битах, тактовая частота — в мегагерцах.

Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине. Это может быть адрес ячейки памяти или адрес периферийного устройства. Необходимо, чтобы разрядность шины позволила передать адрес ячейки памяти. Таким образом, словами разрядность шины ограничивает объем оперативной памяти ЭВМ, он не может быть больше чем 2n, где n — разрядность шины. Важно, чтобы производительности всех подсоединённых к шине устройств были согласованы.

В современных ЭВМ реализован принцип открытой архитектуры, позволяющий пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости её модернизацию. Конфигурацией компьютера называют фактический набор компонентов ЭВМ, которые составляют компьютер. Принцип открытой архитектуры позволяет менять состав устройств ЭВМ. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться другими.

Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали на физическом уровне осуществляется через специальный блок — контроллер (другие названия — адаптер, плата, карта). Для установки контроллеров на материнской плате имеются специальные разъёмы — слоты.

Программное управление работой периферийного устройства производится через программу — драйвер, которая является компонентой операционной системы. Связь компьютера с внешними устройствами осуществляется через порты — специальные разъёмы на задней панели компьютера. Различают последовательные и параллельные порты. Последовательные (COM — порты) служат для подключения манипуляторов, модема и передают небольшие объёмы информации на большие расстояния. Параллельные (LPT — порты) служат для подключения принтеров, сканеров и передают большие объёмы информации на небольшие расстояния. В последнее время широкое распространение получили последовательные универсальные порты (USB), к которым можно подключать различные устройства.

Минимальная конфигурация компьютера включает в себя системный блок, монитор, клавиатуру и мышь.