Архитектура ЭВМ.

Структура вычислительной
машины (ЭВМ)
Computer architecture
Архитектура ЭВМ
• Современная архитектура ЭВМ реализует
идею, которую высказал
Джон фон Нейман в 1945 г.
«Компьютер должен иметь:
- арифметико-логическое устройство (АЛУ)
– для вычислений
- устройство управления (УУ)
- запоминающее устройство (ЗУ)
- устройства ввода и вывода информации»
Современная архитектура ЭВМ
1) АЛУ и УУ собраны в один блок –
процессор (processor)
2) ЗУ хранит и данные, и команды
Архитектура ЭВМ (структура)
Потоки данных
Потоки команд
Процессор
Критерий оценки:
частота - измеряется в Герцах (Гц),
объём кэша – микропроцессорной памяти
(МПП) – измеряется в байтах (Б)
Частота процессора = количество операций в
секунду
Архитектура ЭВМ
• Устройства ввода, вывода могут иметь
специальные процессоры –
контроллеры (controllers)
• Процессор общается с контроллерами,
ЗУ, устройствами ввода и вывода через
общую шину (bus)
Архитектура ЭВМ (взаимодействие)
Контроллеры
Архитектура ЭВМ (много деталей)
Общие принципы построения
ЭВМ
• система команд;
• структура памяти ЭВМ;
• способы доступа к памяти и внешним устройствам;
• возможность изменения конфигурации компьютера;
• форматы данных;
• организация интерфейса.
Система команд
Система команд любой ЭВМ обязательно
содержит следующие группы команд
обработки информации:
1. Команды передачи данных (copy, move)
2. Арифметические операции (+, -, *, /)
3. Логические операции (AND, OR, XOR, NOT)
4. Сдвиги двоичного кода влево и вправо (>>,
<<)
5. Команды ввода и вывода информации (read,
write)
6. Команды управления (goto, loop, …)
Альтернативные системы команд
• CISC (Complex Instruction Set Computer)
• RISC (Reduced Instruction Set Computer)
Идея:
20 % команд используются в 80 % случаях
Структура памяти
Виды памяти
• Оперативная память (ОЗУ, RAM)
• Постоянная память (ПЗУ, ROM)
• Критерий оценки: объём памяти–
измеряется в байтах (Кб, Мб, Тб)
•
•
•
•
Устройства длительного
хранения данных – носители
данных
Жёсткие диски
Гибкие диски (дискеты)
Flash-“память“ (флэшки)
CD, DVD диски
• Критерий оценки: объём носителя –
измеряется в байтах (Кб, Мб, Гб, Тб,…)
Способы доступа к памяти и
внешним устройствам
Используются
шина данных – для обмена данными
шина адреса – для обращения к месту
в памяти
шина команд – для передачи команд от
процессора к внешним устройствам
Критерий оценки:
ширина шины – измеряется в битах
Изменение конфигурации
компьютера
• Система интерфейсов:
– Последовательные (serial): USB, COM, MIDI
– Параллельные (parallel): LPT
– Видео, аудио: S/PDIF, PCI
– Для доступа к внешним устройствам
хранения (жёсткие диски): IDE, SCSI, SATA
– Другие устройства: Bluetooth, IrDA, …
Форматы данных
• Числовые:
– Целые (integer) : -5 8 109,…
– Вещественные с фиксированной точкой (fixed
point): -5,3, 3,1415 (иногда пишут -5.3)
– Вещественные с плавающей точкой (floating point):
Любое действительное число можно записать в
стандартном виде
M × 10^p,
где 1 < M < 10, p — целое число.
Например, 120100000 = 1,201 × 10^8 = 0,1201 × 10^9
Плавающая точка
Форматы данных
• Текстовые
Любой символ можно представить как 1 или 2
байта:
1 байт = 8 бит, 2^8 = 256 состояний = 256 букв
 кодировка ASCII (128 символов –
латинские буквы, цифры, знаки) +
национальная кодировка
2 байта = 16 бит, 2^16 = 65536 состояний =
65536 букв  кодировка Unicode
Кодировка ASCII
Графика, видео, аудио
• Хранится в двоичном представлении
Контрольные задания
Control tasks
Создайте презентацию (используйте PowerPoint,
SlideShare,…) на тему :
- Виды устройств вывода информации
- Виды устройств ввода информации
- Виды устройства хранения информации
Please, create a PowerPoint or SlideShare
presentation, dedicated to:
- Output device kinds
- Input device kinds
- Storage device kinds