Классификация и техническая реализация основных устройств ЭВМ
зультаты обработки. В настоящее
время объём ОП колеблется в широком диапазоне, от 640Кбайт (для простых
ПК), до нескольких гигабайт у супер-ЭВМ; время обращения к памяти менее
0,2мкс; в качестве элементной используется в основном полупроводниковая
база (диапазоны значений времени доступа в наносекундах: СВОП-5-15, кэш-10-
50, ПЗУ-30-200, ОП-50-150). Развитие элементной базы постоянно корректирует
эти показатели в сторону уменьшения; при этом скорость уменьшения
увеличивается.
Рассмотрим структурную организацию ОП современных ЭВМ. Различают:
адресную, ассоциативную и стэковую память.
Адресная память – размещение и поиск информации в ней основаны на
адресном принципе хранения слов; адресом слова является номер его ячейкп.
При доступе к такого типа памяти команда должна указывать номер(адрес)
ячейки ОП прямо или косвенно через адресные регистры (база, смещение)
Ассоциативная память – обеспечивает поиск нужной информации по её
содержанию; при этом поиск по ассоциативному признаку происходит
параллельно во времени для всех ячеек ОП. Во многих случаях такой вид
памяти позволяет существенно ускорить и упростить обработку иняормации, что
достигается за счёт совмещения операции доступа с выполнение ряда
логических операций.
Стэковая память – также является безадресной и её можно представить в
виде одномерного массива ячеек. В таком массиве соседние ячейки связаны
друг вс другом последовательной передачей свлов: запись нового слова в ОП
производится в её верхнюю яченйку с номером 0, при этом все ранее
записанные слова (включая 0-ячейку) сдвигаются на ячпейку вниз, т.е.
получают адреса на 1 больше прежних (до операции записи). Считывкание в
такого типа памяти производится только из её 0-ячейки; при этом, если
производится считывание с удалением слова, то все остальные слова
сдвигаются вверх на одну ячейку. Стековая память реализует LIFO – принцип
доступа: Last Input – First Output.
Рис.1.
0
k n-1
. . .
. . .
…
…
0
Ад- … …
… …
рес
j
…
…
N
0 …
k … n-1
W R
Рассмотрим вид памяти 2D-типа (Рис.1.) являющееся одним из более
распространённых по причине его быстродействия и удобства реализации.
Оперативная память такой организации обеспечивает двух координатную выборку
каждого ЗЭ, в совокупности образующих матрицу из 2m ячеек по n битов
(разрядов). Каждый ЗЭ характеризуется использованием троичных сигналов
(выборка при записи, выборка при чтении и отсутствие выборки) и совмещением
линий входных и выходндых сигналов; адресные и разрядные линии носят общее
название линий выборки, объединяющих все ЗЭ матрицы. Адресные линии
используются для выборки по указанному адресу совокупности ЗЭ матрицы,
которым устанавливается режим чтение/запись. Выборка отдельных разрпядов
производится разрядными линиями, по которым осуществляется чтение/запись
информации. Адрес (m-разрядный) выбираемой j-ячейки ОП (приложение рис.)
поступает на схему формирования адреса (СФА); при этом под действием
сигнала запись/чтение (WR) СФА выдаёт сигнал настройки j-й линии на
запись/чтение. Выделение k-разряда в j-слове производится второй
координатной линией; при записи/чтении по k-линии посредством усилителя
записи/чтения поступает входной /выходной сигнал, изменяющий/считывающий
содержимое ЗЭ с (j,k)-координатами. Линии записи и чтения могут быть
объединены в одну при использовании ЗЭ, допусткающих соединение выхода со
входом записи; такой подход широка используется в современных ОП.
Современная ОП ёмкостью в 1Мбайт зранит 223 или 8.388.608 ЗЭ,
расположенных в виде матрицы, каждый из которых зранит бинарное (0(1(
значение. Поэтому в ОП достаточно большого объёма неизбежно возникают
ошибки, поэтому для повышения надёжности ОП исполльзуется корректирующий
код Хэмминга, защищающий её от появления ошибок и продлевая среднее время
появления одиночной, устранимой ошибки до 62 лет.
Организация систем адресации и команд ЭВМ.
В данной части работы рассмотрим вопросы адресации и системы команд ЭВМ
, объединяющие работу двух основных компонентов ЦП и ОП в единое целое.
Внутренняя память ЭВМ обычно является адресуемой, т.е.каждой хранимой в ней
единице информации (байт, слово) ставится в соответствие адрес (номер
ячейки или регистра). В качестве адресуемых единиц информации используются,
как правило, байт, слова фиксированной и переменной длины. Являясь
универсальной относительно обработки дискретной информации, ЭВМ
обеспечивает все типы её обработки: приём, собственно обработку, хранение и
выдачу в нужном виде. Обработка информации производится программно путём
покомандного выполнения соответствующего алгоритма обработки, описанного
на языке системы команд конкретной ЭВМ. Команда представляет собой машинное
слово, содержащее код операции (КОП) и операнды (данные), код которыми
должна быть произведена операция с указанным кодом. Команда в явной или
неявной форме содержит также адреса для результата выполнения операции и
следующей выполняемой команды. По характеру выполняемых операций каманды
образуют следующие основные группы: арифметические, десятичной арифметики,
логические, передача кодов, передачи управления, определения режима работы
ЭВМ, ввода/вывода и др. Команда, как правило, содержит не сами операнды, а
адреса регистров или ячеек памяти, их содержащие.
Как правило, система команд современных ЭВМ использует несколько типов
адресации, например: прямая, относительная, непосредственнная,
укороченная, стэковая и т.д. (их количество может превышать 20),
указываемых посредством КОП (сложение, умножение, передача управления и
др.) или явно специальным полем адресной части команды.
Прямая – предполагает идентичность понятий Аис=Аук,(где Аис-адрес
ячейки или номер регистра, а Аук-информация об адресе операнда в команде).
Относительная – характеризуется соотношением Аис=Аб+Аук, где Аб-
содержимое базового регистра.
Непосредственная – содержит сам операнд, а не его адрес.
Укороченная – в команде задаются только младшие разряды адресов,
старшие при этом полагаются нулевыми (используется совместно с другими).
Стэковая – реализующая безадресное задание операндов, особенно широко
испольщуется в микро-, мини-,и некоторых супер-ЭВМ .
ЭВМ в совокупности с их ОП с полным основанием можно отнести к наиболее
сложным системам, созданным современной цивилизацией. Их сложность
определяется многочисленностью разнофункциональных элементов, большим
числом связей между ними и сложностью алгоритмов функционирования и
обработки информации.
Организация системы входа/выхода.
В этой части переходим к рассмотрению - системы сопряжения (СС),
обеспечивающей интерфейс (совокупность линий и шин, управляющих сигналов,
электронных схем и протоколов связи предназначенную для обеспечения обмена
информацией между устройствами) центральной части с внешней средой (
внешняя память, устройства ввода/вывода, удалённые терминалы, и др. ЭВМ и
т.д.). В качестве внешней среды (периферии) ЭВМ можно выделить две большие
группы устройств: внешние запоминающие устройства (ВЗУ; предназначены для
хранения больших объёмов информации) и устройства ввода/вывода (УВВ;
ввод/вывод информации, её регистрация и отображение, и т.д.). Приведу два
способа организации ввода/вывода ЭВМ (Рис.2.).
Общая шина (ОШ)
…
…
…
…
(а)
Где ВУ - внешние устройства, обмениваются с ЦП и ОП, включая основную
управляющую информацию, позволяют использовать одни и те же ВУ, различными
типами и классами ЭВМ, удовлетворяющими определённым стандартам. При этом
унифицированные форматы данных преобразуются в индивидуальные в блоках
управления ВУ (БУВУ). Унифицированность распространяется на общий интерфейс
обмена информацией между ВУ и ЦП+ОП (Рис.2а), а также на формат и набор
команд ввода/вывода ЦП. Выполнение общих функций возлагается на специальные
устройства СС – контроллеры (Конт) прямого доступа к ОП и каналы
(процессоры) ввода /вывода, а специфические – на адаптеры (БУВУ)
конкретного типа ВУ.
В СВ/В современных ЭВМ используются два основных способа организации
обмена информацией между ОП и ВУ: программно-управляемый и прямой доступ. В
первом случае ЦП непосредственно ре6ализует программу ввода/вывода,
| |  скачать работу |
Классификация и техническая реализация основных устройств ЭВМ |
