Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Вычислительные приборы и устройства...5.6.7.8.9.10.Перечислите методы кодирования символов.Перечислите методы кодирования численной информации.В чем заключаются особенности двоичной арифметики?Перечислите логические элементы ЭВМ.Что такое логические узлы ЭВМ?Составьте таблицу истинности для (А & В) | (В & В) с учетом значенияnull.11. Составьте таблицы истинности для левого (—i(A л В)) и правого(—iA v —.В) выражений 1-го закона де Моргана.
Проверьте их на соответствие.12. Составьте таблицы истинности для левого (—i(AvB)) и правого(—iA л —.В) выражений 2-го закона де Моргана. Проверьте их на соответствие.13. Проверьте выполнимость законов де Моргана с учетом значения null.14. Последний столбец таблицы истинности для двухместных операций,4очевидно, может содержать 16 = 2 различных сочетаний «1» и «О».Следовательно, всего может быть определено 16 логических операций над двумя переменными, из которых нами рассмотрены толькопять. Составьте таблицу истинности для одной из девяти оставшихсявне рассмотрения функций и попытайтесь построить логическое выражение для этой функции.15. Перечислите базовые структуры алгоритмов и программ.Глава 2АРХИТЕКТУРА И СТРУКТУРАВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН И СИСТЕМПрежде всего, следует определить основные объекты рассмотрения:• обычные вычислительные машины;• вычислительные комплексы (системы), в том числе многопроцессорные машины;• суперкомпьютеры;• вычислительные сети;Три последних относятся к вычислительным системам.Таким образом, в целом следует рассматривать все множествосовременных вычислительных машин, систем, сетей.
Однако здесьмы ограничиваемся первыми тремя пунктами, поскольку компьютерные сети достаточно подробно рассмотрены, например в [26].2.1. Базовые представления об архитектуре ЭВМАрхитектурой компьютера считается его представление на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т. д. Архитектура определяет принципыдействия, информационные связи и взаимное соединение основныхлогических узлов компьютера: процессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ, ОП), внешних ЗУ и периферийных устройств.Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самыеразличные устройства — от основных логических узлов компьютерадо простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.4 «Архитектура ЭВМ»98Глава 2.
Архитектура и структура ВМ и системПринципы (архитектура) фон НейманаВ основу построения большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.Выборка программы из памяти осуществляется с помощьюсчетчика 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 после выполнения команды следует перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов (ветвления), которые заносят в счетчик командномер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборкакоманд из памяти прекращается после достижения и выполнениякоманды «стоп».Таким образом, процессор исполняет программу автоматически,без вмешательства человека.2. Принцип однородности памяти.
Программы и данные хранятсяв одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, чтохранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Надкомандами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программав процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получениянекоторых ее частей (так в программе организуется выполнениециклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы.На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текстапрограммы с языка программирования высокого уровня на языкконкретной машины.3.
Принцип адресности. Структурно основная память состоит изперенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность даватьимена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессевыполнения программ с использованием присвоенных имен.2.1. Базовые представления об архитектуре ЭВМ99Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся ктипу фон-неймановских. Существуют и другие классы компьютеров, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Здесь,например, может не выполняться принцип программного управления, т.
е. они могут работать без счетчика (регистра адреса) команд,указывающего на выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называютсяне-фон-неймановскими.Логические узлы (агрегаты) ЭВМ, простейшие типы архитектурЦ е н т р а л ь н о е у с т р о й с т в о .
ЦУ представляет основную компоненту ЭВМ и, в свою очередь, включает ЦП — центральный процессор (central processing unit — CPU) и ОП — оперативную (главную)память (main storage, core storage, random access memory — RAM).Процессор непосредственно реализует операции обработки информации и управления вычислительным процессом, осуществляявыборку машинных команд и данных из оперативной памяти и запись в ОП, включение и отключение ВУ. Основными блоками процессора являются:• устройство управления (УУ) с интерфейсом процессора (системой сопряжения и связи процессора с другими узлами ма-'шины);• арифметико-логическое устройство (АЛУ);• процессорная память (внутренний кэш).Оперативная память предназначена для временного храненияданных и программ в процессе выполнения вычислительных и логических операций.ЦУ описывается следующими характеристиками:• длина машинного слова (разрядность, адресность);• система команд;• объем ОП;• быстродействие (тактовая частота процессора, цикл записи/считывания ОП).В н е ш н и е у с т р о й с т в а ( В У ) .
ВУ обеспечивают эффективное взаимодействие компьютера с окружающей средой — пользователями, объектами управления, другими машинами. ВУ разделяютсяна следующие группы:• интерактивные устройства (ввода/вывода);:• устройства хранения (массовые накопители);100Глава 2. Архитектура и структура ВМ и систем• устройства массового ввода информации,• устройства массового вывода информации.В специализированных управляющих ЭВМ (технологические процессы, связь, ракеты и пр.) внешними устройствами ввода являютсядатчики (температуры, давления, расстояния и пр.), вывода — манипуляторы (гидро-, пневмо-, сервоприводы рулей, вентилей и др.).В универсальных ЭВМ (человеко-машинная обработка информации) в качестве ВУ выступают терминалы, принтеры и др. устройства.К а н а л ы с в я з и ( в н у т р и м а ш и н н ы й и н т е р ф е й с ) служатдля сопряжения центральных узлов машины с ее внешними устройствами.Однотипные ЦУ и устройства хранения данных могут использоваться в различных типах машин.
Известны примеры того, как фирмы, начавшие свою деятельность с производства управляющих машин, совершенствуя свою продукцию, перешли к выпуску систем,которые в зависимости от конфигурации ВУ могут исполнять какроль универсальных, так и управляющих машин (Hewlett-Packard иDigital Equipment Corporation).Если абстрагироваться от подробностей, то основные классические типы архитектур можно определить как следующие: «звезда»,иерархическая, магистральная (схематически — рис. 2.1, подробнее — рис. 2.2, 2.3, 2.4).ВУВУ/ВУЦУВУВУВУМагистральЦП1 ЦП2 ОП1 ОП2ВУРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
