Foreversoft.ru

IT Справочник
18 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип адресности памяти

Урок 24
Принципы устройства компьютеров
§32. Принципы устройства компьютеров. §33. Магистрально-модульная организация компьютера

Содержание урока

§32. Принципы устройства компьютеров

Принципы организации памяти

§33. Магистрально-модульная организация компьютера

§32. Принципы устройства компьютеров

Принципы организации памяти

Принцип адресности памяти. Оперативная память машины состоит из отдельных битов. Для записи или считывания группы соседних битов объединяется в ячейки памяти, каждая из которых имеет свой адрес (номер). Нумерацию ячеек принято начинать с нуля.

Адрес ячейки памяти — это её номер.

Ячейка содержит минимально возможный считываемый из памяти объём данных: невозможно прочитать меньшее количество битов, а тем более отдельный бит.

Использование чисел для нахождения в памяти требуемых ячеек выглядит абсолютно естественно: в компьютерах любая информация кодируется числами, так что адреса ячеек — не исключение из этого фундаментального правила. Если номера соседних ячеек отличаются на единицу, удобно организовывать их последовательную обработку.

Разрядность ячеек памяти (количество битов в ячейке) в разных поколениях была различной. Первоначально ЭВМ были построены исключительно для математических расчётов. Числа желательно было представлять как можно точнее, поэтому ячейки ОЗУ в первых машинах были длинными. Кроме чисел машина должна была хранить в памяти ещё и команды программы; как правило, в то время размер числовой ячейки совпадал с размером команды, что существенно упрощало устройство памяти.

Примерно на стыке второго и третьего поколений ЭВМ стали использовать для обработки символьной информации, что привело к серьёзному неудобству: в существующую числовую ячейку памяти помещалось 4-5 символов. Инженеры выбрали наиболее простое решение проблемы — уменьшить размер ячейки так, чтобы можно было обращаться к каждому символу отдельно. Байтовая память, основой которой стала восьмибитная ячейка, прекрасно зарекомендовала себя и используется в компьютерной технике до настоящего времени.

В результате перехода к «коротким» ячейкам памяти числа стали занимать несколько ячеек (байтов), каждая из которых имеет собственный адрес. На рисунке 5.8, а показана организация ячеек памяти первых ЭВМ, а на рис. 5.8, б — современная (байтовая) структура памяти.

На рисунке 5.8, а числа занимают по одной ячейке, причём номера этих ячеек отличаются на единицу. Справа показаны два 32-битных числа, которые хранятся в байтах 200—203 и 208—20В (адреса указаны в шестнадцатеричной системе). По принятому правилу за адрес числа принимается наименьший из адресов, так что в данном случае адреса чисел — 200 и 208. Кроме того, на рис. 5.8, б между числами (в байтах с 204 по 207) размещены четыре однобайтных символа. Заметим, что современные компьютеры могут извлекать из памяти до восьми соседних байтовых ячеек за одно обращение к памяти.

Очень важно, что информация может считываться из ячеек и записываться в них в произвольном порядке, поэтому организованную таким образом память принято называть памятью с произвольным доступом (англ. RAM — random access memory). Чтобы лучше понять смысл этого термина, сравните такую память с магнитной лентой, данные с которой можно получить только путем последовательного чтения.

Часто термин RAM отождествляют с русским термином ОЗУ — оперативное запоминающее устройство. Это не совсем точно. Дело в том, что кроме ОЗУ существует еще одна разновидность памяти с произвольным доступом — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, англ. ROM — Read Only Memory — память только для чтения). Главное отличие ПЗУ от ОЗУ заключается в том, что при решении задач пользователя содержимое ПЗУ не может быть изменено. ПЗУ гораздо меньше ОЗУ по объёму, но это очень важная часть компьютера, поскольку в нём хранится доступное в любой момент программное обеспечение. Благодаря этому ПО компьютер сохраняет работоспособность даже тогда, когда в ОЗУ нет никакой программы.

Таким образом, ОЗУ и ПЗУ — это два вида памяти с произвольным доступом, обращение к данным в которых построено на основе принципа адресности.

Принцип иерархической организации памяти. К памяти компьютера предъявляются два противоречивых требования: её объём должен быть как можно больше, а скорость работы — как можно выше. Ни одно реальное устройство не может удовлетворить им одновременно. Любое существенное увеличение объёма памяти неизбежно приводит к уменьшению скорости её работы. Действительно, если память большая, то обязательно усложняется поиск в ней требуемых данных 1 , а это сразу замедляет чтение из памяти. Кроме того, чем быстрее работает память, тем она дороже, и, следовательно, меньше памяти можно установить за приемлемую для потребителей стоимость.

1 Например, память большого объёма требует многоразрядного адреса, что, в свою очередь, приводит к очень большому количеству линий связи. В итоге приходится как-то изменять способ адресации, например передавать адрес по частям.

Чтобы преодолеть противоречие между объёмом памяти и её быстродействием, используют несколько различных видов памяти, связанных друг с другом. Когда в 1946 г. впервые формулировался этот принцип, в состав ЭВМ предполагалось включить всего два вида памяти: оперативную память и память на магнитной проволоке (предшественник устройств хранения данных на магнитной ленте). Дальнейшее развитие вычислительной техники подтвердило необходимость построения иерархической памяти: в современном компьютере уровней иерархии гораздо больше.

Следующая страница Выполнение программы

Cкачать материалы урока

kpet-ks.ru

Компьютерные сети. г.Котово

ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА ЭВМ

В каждой области науки и техники существуют фундаментальные идеи или принципы, определяющие на многие годы вперёд её содержание и направление развития. В компьютерных науках роль таких фундаментальных идей сыграли принципы, сформулированные независимо друг от друга двумя крупнейшими учёными XX века — Джоном фон Нейманом и Сергеем Алексеевичем Лебедевым.

Архитектура компьютера – это его устройство и принципы взаимодействия его основных элементов – логических узлов, среди которых основными являются процессор, внутренняя память (основная и оперативная), внешняя память и устройства ввода-вывода информации (периферийные).

Архитектура фон Неймана (модель фон Неймана, Принстонская архитектура) — широко известный принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера.

Вычислительные машины такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают принцип хранения данных и инструкций в одной памяти.

Принцип — основное, исходное положение какой-нибудь теории, учения, науки и пр.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин, которые рассматриваются на уроке, были заложены Джоном фон Нейманом. Более подробно о логических узлах, а также о магистрально-модульном принципе архитектуры современных персональных компьютеров можно будет узнать на этом уроке.

Принципы Неймана-Лебедева — базовые принципы построения ЭВМ, сформулированные в середине прошлого века, не утратили свою актуальность и в наши дни.

Читать еще:  Преобразовать текст в word

Рассмотрим сущность основных принципов Неймана-Лебедева:

1) состав основных компонентов вычислительной машины;
2) принцип двоичного кодирования;
3) принцип однородности памяти;
4) принцип адресности памяти;
5) принцип иерархической организации памяти;
6) принцип программного управления.

Первый принцип определяет состав основных компонентов вычислительной машины.

Любое устройство, способное производить автоматические вычисления, должно иметь определённый набор компонентов: блок обработки данных, блок управления, блок памяти и блоки ввода/вывода информации.

Его информационным центром является процессор:

• все информационные потоки (тонкие стрелки на рисунке) проходят через процессор;
• управление всеми процессами (толстые стрелки на рисунке) также осуществляется процессором.

Такие блоки есть и у современных компьютеров. Это:

процессор, состоящий из арифметико-логического устройства (АЛУ), выполняющего обработку данных, и устройства управления (УУ), обеспечивающего выполнение программы и организующего согласованное взаимодействие всех узлов компьютера;
память, предназначенная для хранения исходных данных, промежуточных величин и результатов обработки информации, а также самой программы обработки информации. Различают память внутреннюю и внешнюю. Основная часть внутренней памяти используется для временного хранения программ и данных в процессе обработки. Такой вид памяти принято называть оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). Ещё одним видом внутренней памяти является постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее программу начальной загрузки компьютера. Внешняя или долговременная память предназначена для длительного хранения программ и данных в периоды между сеансами обработки;
устройства ввода, преобразующие входную информацию в форму, доступную компьютеру;
устройства вывода, преобразующие результаты работы компьютера в форму, доступную для восприятия человеком.

Вместе с тем в архитектуре современных компьютеров и компьютеров первых поколений есть существенные отличия.

Второй принцип

Рассмотрим суть принципа двоичного кодирования информации.

Вся информация, предназначенная для обработки на компьютере (числа, тексты, звуки, графика, видео), а также программы её обработки представляются в виде двоичного кода — последовательностей 0 и 1.

Все современные компьютеры хранят и обрабатывают информацию в двоичном коде. Выбор двоичной системы счисления обусловлен рядом важных обстоятельств: простотой выполнения арифметических операций в двоичной системе счисления, её «согласованностью» с булевой логикой, простотой технической реализации двоичного элемента памяти (триггера).

Итак, благодаря двоичному кодированию, данные и программы по форме представления становятся одинаковыми, а следовательно, их можно хранить в единой памяти.

Несмотря на всеобщее признание, использование в компьютерной технике классической двоичной системы счисления не лишено недостатков. В первую очередь это проблема представления отрицательных чисел, а также нулевая избыточность (т. е. отсутствие избыточности) двоичного представления. Пути преодоления указанных проблем были найдены уже на этапе зарождения компьютерной техники.

В 1958 г. в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова под руководством И. П. Брусенцова был создан троичный компьютер «Сетунь» (рис. 1). В нём применялась уравновешенная троичная система счисления, использование которой впервые в истории позволило представлять одинаково просто как положительные, так и отрицательные числа.

«Сетунь» представляет собой малую ЭВМ, построенную на принципах троичной логики, другими словами это троичный компьютер. Она была разработана в 1959 году в стенах вычислительного центра Московского государственного университета. Этот уникальный троичный компьютер, практически не имеет аналогов не только в данный момент времени, но и вообще в истории вычислительной техники.

Для начала разберёмся, что же такое троичный компьютер, коим, как уже было сказано, является рассматриваемая модель «Сетунь». Такое название получил специализированный компьютер, который построен на логических элементах и узлах двух типов – как на классических двоичных, так и уникальных в своём роде троичных. Понятно, что он использует в своей работе соответственные системы счисления, логики и алгоритмы работы – двоичные и троичные.

Принцип однородности памяти

Согласно принципу однородности памяти команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования. … Концепция машины фон Неймана, предполагает единую память для хранения команд и данных.

Согласно принципу адресности основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка.

Принцип иерархической организации памяти

Иерархия компьютерной памяти — концепция построения взаимосвязи классов разных уровней компьютерной памяти на основе иерархической структуры.

Сущность необходимости построения иерархической памяти — необходимость обеспечения вычислительной системы (отдельного компьютера или кластера) достаточным объёмом памяти, как оперативной, так и постоянной.

Учитывая неоднородность периодичности обращения к конкретным записям (внутренним регистрам процессора, кэш-памяти, страницам и файлам) применяются различные технические решения, имеющие отличные характеристики, как технические так ценовые и массо-габаритные. Долговременное хранение в дорогой сверхоперативной и даже оперативной памяти, как правило, не выгодно, поэтому данные такого рода хранятся на накопителях — дисковых, ленточных, флеш и т.д.

Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера.

Узкое место архитектуры фон Неймана

Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию.

Совместное использование шины для памяти программ и памяти данных приводит к узкому месту архитектуры фон Неймана, а именно ограничению пропускной способности между процессором и памятью по сравнению с объёмом памяти.

Из-за того, что память программ и память данных не могут быть доступны в одно и то же время, пропускная способность канала «процессор-память» и скорость работы памяти существенно ограничивают скорость работы процессора — гораздо сильнее, чем если бы программы и данные хранились в разных местах. Так как скорость процессора и объём памяти увеличивались гораздо быстрее, чем пропускная способность между ними, узкое место стало большой проблемой, серьёзность которой возрастает с каждым новым поколением процессоров.

Этот эффект называется узким горлышком фон Неймана.

Современную обработку информации невозможно представить без такого устройства, как компьютер. Его следует рассматривать, как совокупность двух составляющих:

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана, имеют классическую архитектуру, но, кроме нее, существуют другие типы архитектуры. Например, Гарвардская. Ее отличительными признаками являются:

  • хранилище инструкций и хранилище данных представляют собой разные физические устройства;
  • канал инструкций и канал данных также физически разделены.

Перспективы развития ЭВМ

Согласно сегодняшней тенденции, уровень глобальных сетей будет увеличиваться, в связи с этим будут разрабатываться новые методы хранения, обработки, представления информации. Будут совершенствоваться способы передачи информации с учетом скорости, безопасности и качества.

Читать еще:  Как правильно написать эл адрес

Виртуальная реальность остаётся одним из самых интересных и загадочных понятий компьютерной индустрии.

Виртуальная реальность — это образ искусственного мира, моделируемый техническими средствами и передаваемый человеку через ощущения. В данный момент технологии виртуальной реальности широко применяются в различных областях человеческой деятельности.

По словам учёных и исследователей, в ближайшем будущем персональные компьютеры кардинально изменятся. Примерно в 2020-2025 годах должны появиться молекулярные компьютеры, квантовые компьютеры, биокомпьютеры и оптические компьютеры. Компьютер будущего должен облегчить и упростить жизнь человека ещё в десятки раз!

Одна из указанных вероятностных альтернатив замены современных компьютеров является создание оптических ЭВМ, носителем информации в которых будет световой сгусток. Проникновение оптических способов в вычислительную технику ведется по трем фронтам. Первое основано на использовании аналоговых интерференционных оптических вычислений для решения отдельных особых задач, связанных с необходимостью быстрого выполнения интегральных преобразований. Второе направление связно с созданием чисто оптических или гибридных соединений, обладающих большей надежностью, чем электрические. И третье направление – создание компьютера, полностью состоящего из оптических устройств обработки информации.

Другие виды компьютеров – молекулярные.

Молекулярные компьютеры – это ЭВМ, использующие вычислительные возможности молекул преимущественно биологических, также используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

Квантовый компьютер – ЭВМ, которое путем выполнения квантовых алгоритмов существенно использует при работе эффекты, такие как квантовый параллелизм и квантовая запутанность.

Нанокомпьютеры – вычислительные устройства на основе электронных технологий с размерами логических элементов порядка нескольких нанометров. Сам компьютер также имеет микроскопические размеры. Другое направление связано с разработками биокомпьютеров – клеточные и ДНК-компьютеры.

Однако квантовые компьютеры, биокомпьютеры, нанокомпьютеры и другие направления – все это на сегодняшний момент всего лишь гипотетические вычислительные устройства, которые под собой не имеют логических решений.

Высокие технологии – это будущее и это успех всего человечества. Ежедневно выпускаются новые и более совершенны модели ЭВМ. И на этом процесс развития не остановлен.

Принцип адресности памяти

John von Neumann

Венгр по национальности, сын будапештского банкира Джон фон Нейман уже в восьмилетнем возрасте владел основами высшей математики и несколькими иностранными и классическими языками. Закончив в 1926 году Будапештский университет, фон Нейман преподавал в Германии, а в 1930 году эмигрировал в США и стал сотрудником Принстонского института перспективных исследований.

В 1944 году фон Нейман и экономист О.Моргенштерн написали книгу «Теория игр и экономическое поведение». Эта книга содержит не только математическую теорию игр, но ее применения к экономическим, военным и другим наукам. Джон фон Нейман был направлен в группу разработчиков ENIAC консультантом по математическим вопросам, с которыми встретилась эта группа.

В 1946 году вместе с Г.Гольдстейном и А.Берксом он написал и выпустил отчет «Предварительное обсуждение логической конструкции электронной вычислительной машины». Поскольку имя фон Неймана как выдающегося физика и математика было уже хорошо известно в широких научных кругах, все высказанные положения в отчете приписывались ему. Более того, архитектура первых двух поколений ЭВМ с последовательным выполнением команд в программе получила название «фон Неймановской архитектуры ЭВМ».

Принципы архитектуры фон Неймана

1. Принцип программного управления.

Этот принцип обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ.

Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. Так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека

2. Принцип однородности памяти.

Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатом вычислений.

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности.

Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Фон Нейман описал, каким должен быть компьютер, чтобы он был универсальным и удобным средством для обработки информации. Он прежде всего должен иметь следующие устройства:


    Арифметическо-логическое устройство , которое выполняет арифметические и логические операции

Устройство управления , которое организует процесс выполнения программ

Запоминающее устройство для хранения программ и данных

Внешние устройства для ввода-вывода информации.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон — неймановских.

На сегодняшний день это подавляющие большинство компьютеров, в том числе и IBM PC – совместимые. Но есть и компьютерные системы с иной архитектурой – например системы для параллельных вычислений.

Газета «ИНФОРМАТИКА»
Вундеркинд (Американский математик и физик Джон фон Нейман)

Основополагающие принципы устройства ЭВМ

Принципы компьютерных наук

Просмотр содержимого документа
«Основополагающие принципы устройства ЭВМ»

ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА ЭВМ

КОМПЬЮТЕР И ЕГО ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

  • принципы компьютерных наук
  • адресность памяти
  • программное управление
  • архитектура компьютера
  • магистраль
  • шина
  • контроллер

Фундаментальные идеи (принципы) компьютерных наук независимо друг от друга сформулировали Джон фон Нейман и Сергей Алексеевич Лебедев.

Принцип — основное, исходное положение какой-нибудь теории, учения, науки и пр.

Джон фон Нейман (1903-1957) –американский учёный, сделавший важный вклад в развитие математики и физики. В 1946 г. , анализируя сильные и слабые стороны ЭНИАКа , совместно с коллегами пришёл к идее нового типа организации ЭВМ.

Сергей Алексеевич Лебедев (1902–1974) — главный конструктор первой отечественной вычислительной машины МЭСМ , автор проектов компьютеров серии БЭСМ (Большая Электронная Счётная Машина), и принципиальных положений компьютера « Эльбрус ».

Сформулированные в середине прошлого века, базовые принципы построения ЭВМ не утратили свою актуальность и в наши дни.

состав основных компонентов вычислительной машины

принцип двоичного кодирования

принцип однородности памяти

принцип адресности памяти

принцип иерархической организации памяти

принцип программного управления

Устройство, способное производить автоматические вычисления, должно иметь набор компонентов: блок обработки данных, блок управления, блок памяти, блоки ввода/вывода информации.

Процессор — информационный центр. Управляет всеми процессами и пропускает через себя все информационные потоки.

Составные блоки процессора :

  • арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняет обработку данных
  • устройство управления (УУ), обеспечивает выполнение программы и организующего согласованное взаимо-действие всех узлов компьютера

хранение исходных данных, промежуточных величин и результатов обработки информации, программы обработки информации

временное хранение программ и данных в процессе обработки

предназначена для длительного хранения программ и данных в периоды между сеансами обработки

программа начальной загрузки компьютера.

При отключении источника энергии вся информация, содержащаяся в оперативной памяти (ОЗУ) пропадет. ОЗУ – энергозависимая память.

Кроме представленного деления памяти, различают энергозависимую память и энергонезависимую. Какая часть памяти является энергозависимой?

Алгоритмы обработки информации

Мышь, джойстик, графический планшет, сенсорный экран

Ввод графической информации

Сканер, фотоаппарат, видео-камера

Ввод звуковой информации

Джойстик, руль, световой пистолет

Алгоритмы обработки информации

Дисковод, сетевая плата, интерактивная доска

Вывод графической информации

Принтер, графопостроитель, монитор, проектор

Вывод звуковой информации

Колонки, наушники, встроенный динамик

Игровой контроллер (при столкновении вибрирует)

Принцип двоичного кодирования

Вся информация, предназначенная для обработки на компьютере (числа, тексты, звуки, графика, видео), а также программы её обработки представляются в виде двоичного кода .

Выбор двоичной системы счисления обусловлен:

  • простотой выполнения арифметических операций в двоичной системе счисления
  • «согласованностью» с булевой логикой
  • простотой технической реализации

Троичный компьютер «СЕТУНЬ»

Использование в компьютерной технике классической двоичной системы счисления не лишено недостатков.

В 1958 г. в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова под руководством Н. П. Брусенцова был создан троичный компьютер «Сетунь» . В нём была применена уравновешенная троичная система счисления, использование которой впервые в истории позволило представлять одинаково просто как положительные, так и отрицательные числа.

Знаки троичной симметричной системы счисления

Принцип однородности памяти

Команды программ и данные хранятся в одной и той же памяти. Команды и данные отличаются только по способу использования. Это утверждение называют

принципом однородности памяти .

Принцип адресности памяти

Команды и данные размещаются в единой памяти, состоящей из ячеек, имеющих свои номера (адреса). Это принцип адресности памяти .

Какой объем памяти отведен под запись адреса ячейки?

1. В 16-системе счисления существует 16 цифр.

16≥2 4 . 4 бита используется для записи одной цифры.

8 цифр *4 бита = 32 бита = 4 байта

2. Каждому байту памяти соответствует свой уникальный адрес. На запись одного адреса отведено 32 бита. Разных адресов существует 2 32 .

2 32 байт = 2 2 Гбайт= 4 Гбайт.

Оцените максимально возможный объем памяти компьютера, допускающего такую адресацию.

Принцип иерархичности памяти

Можно выделить два основных требования, предъявляемых к памяти компьютера:

  • объём памяти должен быть как можно больше
  • время доступа к памяти должно быть как можно меньше

В современных компьютерах используются устройства памяти нескольких уровней, различающиеся по своим основным характеристикам: времени доступа, сложности, объёму и стоимости .

Принцип иерархичности памяти

Трудности физической реализации запоминающего устройства высокого быстродействия и большого объёма требуют иерархической организации памяти .

Уровни иерархии взаимосвязаны: все данные на одном уровне могут быть также найдены на более низком уровне.

Принцип программного управления

Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности команд. Команды представляют собой закодированные управляющие слова, в которых указывается:

  • какое выполнить действие
  • из каких ячеек считать операнды (данные, участвующие в операции)
  • в какую ячейку записать результат операции

Принцип программного управления определяет общий механизм автоматического выполнения программы.

Принцип программного управления

Чтение и расшифровка команды

Формирование адреса очередной команды

Передать управление операционной системе

Архитектура – это общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействие его основных узлов.

Магистраль (шина) — устройство для обмена данными между устройствами компьютера.

Шина адреса используется для указания физического адреса по которому устройство обращается для проведения операции чтения или записи.

По шине управления передаются сигналы, управляющие обменом информацией между устройствами и синхронизирующие этот обмен.

Шина данных используется для передачи данных между узлами компьютера

Процессор (АЛУ, УУ)

Слайд содержит интерактивные элементы:

  • Шина адреса
  • Шина данных
  • Шина управления
  • Контроллер

Контроллер – специальный микропроцессор для управления внешними устройствами.

Данные между внешними устройствами по магистрали передаются напрямую

Существенное снижение нагрузки на центральный процессор

Повышение эффективности работы всей вычислительной системы

Современные компьютеры обладают магистрально-модульной архитектурой, главное достоинство которой заключается в возможности легко изменить конфигурацию.

Электронная техника подошла к предельным значениям своих тех-нических характеристик, которые определяются физическими законами

Поиск неэлектронных средств хранения и обработки данных. Создание квантовых и биологических компьютеров

Комментарии : Рисунок поколений взят из презентации

10-6-1 История развития ВТ.pptx

Независимо друг от друга Джон фон Нейман и Сергей Алексеевич Лебедев сформулировали основополагающие принципы построения компьютеров :

  • состав основных компонентов вычислительной машины;
  • принцип двоичного кодирования;
  • однородности памяти;
  • принцип адресности памяти;
  • принцип иерархической организации памяти;
  • принцип программного управления.

Архитектура — это общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействие его основных функциональных узлов. Архитектура первых компьютеров предполагала взаимодействие всех устройств через процессор и наличие неизменного набора внешних устройств.

Современные компьютеры обладают открытой магистрально-модульной архитектурой – устройства взаимодействую через шину, что способствует оптимизации процессов внутреннего обмена информацией.

Современная архитектура позволяет легко изменить конфигурацию компьютера путём подключения к шине новых или замены старых внешних устройств.

Вопросы и задания

  • Перечислите основные фундаментальные идеи, лежащие в основе построения компьютеров.
  • Перечислите положительные и отрицательные стороны двоичного представления информации в компьютере?
  • В чём состоит суть принципа адресности памяти?
  • В некотором царстве, в некотором государстве, в некотором НИИ создали компьютер «Магия-7», соблюдая все принципы Неймана-Лебедева. Память «Магии-7» разделили на сегменты, а сегменты на ячейки. Адрес сегмента – однозначное шестнадцатеричное число. Смещение – трехзначное шестнадцатеричное число. Оцените размер памяти компьютера «Магия-7».
  • В чём её главное достоинство магистрально-модульной архитектуры?
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector