Тема 1_ 2010 (540205), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Этот принцип получил дальнейшее развитие в ЭВМследующих поколений. Но все же первые ЭВМ имели очень сильную централизациюуправления, единые стандарты форматов команд и данных, “жесткое” построение цикловвыполнения отдельных операций, что во многом объясняется ограниченнымивозможностями используемой в них элементной базы. Центральное УУ обслуживало нетолько вычислительные операции, но и операции ввода-вывода, пересылок данных междуЗУ и др. Все это позволяло в какой-то степени упростить аппаратуру ЭВМ, но сильносдерживало рост их производительности.В ЭВМ третьего поколения произошло усложнение структуры за счет разделенияпроцессов ввода-вывода информации и ее обработки (рис.
2).Рис.2. Структурная схема ЭВМ третьего поколенияСильносвязанные устройства АЛУ и УУ получили название процессор, т.е.устройство, предназначенное для обработки данных. В схеме ЭВМ появились такжедополнительные устройства, которые имели названия: процессоры ввода-вывода, устройствауправления обменом информацией, каналы ввода-вывода (КВВ). Последнее названиеполучило наибольшее распространение применительно к большим ЭВМ. Здесь наметиласьтенденция к децентрализации управления и параллельной работе отдельных устройств, чтопозволило резко повысить быстродействие ЭВМ в целом.Среди каналов ввода-вывода выделяли мультиплексные каналы, способныеобслуживать большое количество медленно работающих устройств ввода-вывода (УВВ), иселекторные каналы, обслуживающие в многоканальных режимах скоростные внешниезапоминающие устройства (ВЗУ).В персональных ЭВМ, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, произошлодальнейшее изменение структуры (рис.
3). Они унаследовали ее от мини-ЭВМ.Рис. 3. Структурная схема ПЭВМСоединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общейшины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления ипитания. Единая система аппаратурных соединений значительно упростила структуру,сделав ее еще более децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются подуправлением сервисных программ.Ядро ПЭВМ образуют процессор и основная память (ОП), состоящая из оперативнойпамяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). ПЗУ предназначается для записи ипостоянного хранения наиболее часто используемых программ управления.
Подключениевсех внешних устройств (ВнУ), дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и других обеспечиваетсячерез соответствующие адаптеры - согласователи скоростей работы сопрягаемых устройствили контроллеры - специальные устройства управления периферийной аппаратурой.Контроллеры в ПЭВМ играют роль каналов ввода-вывода. В качестве особых устройствследует выделить таймер - устройство измерения времени и контроллер прямого доступа кпамяти (КПД) - устройство, обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.Способ формирования структуры ПЭВМ является достаточно логичным иестественным стандартом для данного класса ЭВМ.Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которыеявляются общим стандартом структур современных ЭВМ:•модульность построения,•магистральность,•иерархия управления.Модульность построения предполагает выделение в структуре ЭВМ достаточноавтономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модульпамяти, накопитель на жестком или гибком магнитном диске).
Модульная конструкция ЭВМделает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию. К ЭВМ можноподключать дополнительные устройства, улучшая ее технические и экономическиепоказатели. Появляется возможность увеличения вычислительной мощности, улучшенияструктуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения иуправления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиямприменения в соответствии с требованиями пользователей.В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работыраспространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры).Появились вычислительные системы, содержащие несколько вычислителей (ЭВМ илипроцессоры), работающие согласованно и параллельно.
Внутри самой ЭВМ произошло ещеболее резкое разделение функций между средствами обработки. Появились отдельныеспециализированные сопроцессоры, например сопроцессоры, выполняющие обработку чиселс плавающей точкой, матричные процессоры и др.Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различаютстаршие и младшие модели. Всегда имеется возможность замены более слабой модели наболее мощную. Это обеспечивается информационной, аппаратурной и программнойсовместимостью. Программная совместимость в семействах устанавливается по принципуснизу-вверх, т.е. программы, разработанные для ранних и младших моделей, могутобрабатываться и на старших, но не обязательно наоборот.Модульность структуры ЭВМ требует стандартизации и унификации оборудования,номенклатуры технических и программных средств, средств сопряжения - интерфейсов,конструктивных решений, унификации типовых элементов замены, элементной базы инормативно-технической документации.
Все это способствует улучшению технических иэксплуатационных характеристик ЭВМ, росту технологичности их производства.Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структурыЭВМ. Централизованное управление осуществляет устройство управления главного, илицентрального, процессора. Подключаемые к центральному процессору модули (контроллерыи КВВ) могут, в свою очередь, использовать специальные шины или магистрали для обменауправляющими сигналами, адресами и данными. Инициализация работы модулейобеспечивается по командам центральных устройств, после чего они продолжают работу пособственным программам управления. Результаты выполнения требуемых операцийпредставляются ими “вверх по иерархии” для правильной координации всех работ.Иерархический принцип построения и управления характерен не только дляструктуры ЭВМ в целом, но и для отдельных ее подсистем.
Например, по этому жепринципу строится система памяти ЭВМ.Так, с точки зрения пользователя желательно иметь в ЭВМ оперативную памятьбольшой информационной емкости и высокого быстродействия. Однако одноуровневоепостроение памяти не позволяет одновременно удовлетворять этим двум противоречивымтребованиям.
Поэтому память современных ЭВМ строится по многоуровневому,пирамидальному принципу.В состав процессоров может входить сверхоперативное запоминающее устройствонебольшой емкости, образованное несколькими десятками регистров с быстрым временемдоступа (единицы нс).
Здесь обычно хранятся данные, непосредственно используемые вобработке.Следующий уровень образует кэш-память или память блокнотного типа. Онапредставляет собой буферное запоминающее устройство, предназначенное для храненияактивных страниц объемом десятки и сотни Кбайтов. Время обращения к данным составляет10-20 нс, при этом может использоваться ассоциативная выборка данных.
Кэш-память, какболее быстродействующая ЗУ, предназначается для ускорения выборки команд программы иобрабатываемых данных. Сами же программы пользователей и данные к ним размещаются воперативном запоминающем устройстве (емкость - миллионы машинных слов, времявыборки - до 100 нс).Часть машинных программ, обеспечивающих автоматическое управлениевычислениями и используемых наиболее часто, может размещаться в постоянномзапоминающем устройстве (ПЗУ). На более низких уровнях иерархии находятся внешниезапоминающие устройства на магнитных носителях: на жестких и гибких магнитных дисках,магнитных лентах, магнитооптических дисках и др. Их отличает более низкоебыстродействие и очень большая емкость.Организация заблаговременного обмена информационными потоками между ЗУразличных уровней при децентрализованном управлении ими позволяет рассматриватьиерархию памяти как единую абстрактную кажущуюся (виртуальную) память.Согласованная работа всех уровней обеспечивается под управлением программоперационной системы.
Пользователь имеет возможность работать с памятью, намногопревышающей емкость ОЗУ.Децентрализация управления и структуры ЭВМ позволила перейти к более сложныммногопрограммным (мультипрограммным) режимам. При этом в ЭВМ одновременно можетобрабатываться несколько программ пользователей.В ЭВМ, имеющих один процессор, многопрограммная обработка являетсякажущейся. Она предполагает параллельную работу отдельных устройств, задействованныхв вычислениях по различным задачам пользователей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
