Организация ЭВМ. Принципы Фон-Неймана
Электронно-вычислительная машина – это совокупность технических, программных, аппаратных средств, которые предназначены для вычислений, обработки информации, а также управления процессами в автоматическом режиме.
Электронно-вычислительные машины классифицируются следующим образом:
- По совместимости различают электронно-вычислительные машины с совместимостью на уровне данных и операционной системы, а также машины с аппаратной и программной совместимостью.
- По размеру различают настольные, портативные и мобильные электронно-вычислительные машины.
- По принципу действия различают цифровые, аналоговые и гибридные электронно-вычислительные машины.
- По уровню специализации различают универсальные, проблемно-ориентированные и специализированные электронно-вычислительные машины.
- По назначению различают мини-, микро- и большие электронно-вычислительные машины, а также персональные компьютеры.
В электронно-вычислительные машинах предусмотрена иерархическая многоуровневая организация. Устройство нижележащих уровней, чаще всего, скрыто от пользователя. Но знание и использование нижележащих уровней позволяет увеличивать эффективность разрабатываемого устройства или программы. В стандартной электронно-вычислительной машине предусмотрены такие уровни, как проблемно-ориентированные языки, процедурно-ориентированные языки, уровень языка макроассемблера, уровень функций, уровень машинных команд, микропрограммный уровень, аппаратный уровень.
При системном программировании, разработке приложений, написании трансляторов необходимо учитывать свойства каждого иерархического уровня с целью увеличения эффективности процесса.
Основы организации электронно-вычислительной машины определяются принципами американского ученого Джона фон Неймана. Им и советским ученым Лебедевым была разработана первая структурная схема вычислительной машины, представленной на рисунке ниже.
Рисунок 1. Первая структурная схема вычислительной машины. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Принципы Неймана основаны на следующем: компьютер должен включать в себя устройства вывода-ввода, памяти и процессор, которые связаны между собой; компьютеры должны работать в двоичной системе; компьютерные программы должны записываться в двоичном коде; программы должны находиться либо в запоминающем устройстве, либо в общей памяти; отсутствии микропрограммирования и т.п.
Периферийные устройства. Подключение к ЭВМ
Периферийное устройство – это устройство, которое входит в состав внешнего оборудования электронно-вычислительной машины и обеспечивает ввод и вывод данных, а также их длительное и промежуточное хранение.
Выделяют четыре основных класса периферийных устройств:
- Устройства, которые предназначены для связи с пользователем. К данным устройствам относятся устройства ввода (мышь, джойстик и т.п.), вывода (принтеры, индикаторы, мониторы), а также индикаторные устройства (терминалы и т.п.).
- Устройства массовой памяти. К данным устройствам относятся флэш-память, винчестеры, стримеры, дисководы и т.п.)
- Устройства связи с объектом управления. К данным устройствам относятся реле, датчики, цифровые регуляторы, аналого-цифровой преобразователь, цифро-аналоговый преобразователь и т.п.
- Средства передачи информации на значительные расстояния. К данным устройствам относятся сетевые адаптеры и модемы.
При организации взаимодействия и обмена данными в системах электронно-вычислительной машине должны соблюдаться следующие требования: должна быть возможность менять конфигурацию (возможность реализации электронно-вычислительной машины с различным набором устройств); возможность параллельной работы периферийных устройств и электронно-вычислительной машины; синхронизированная работа электронно-вычислительной машины и периферийных устройств (обеспечение автоматического распознавания и реакции процессора на различные ситуации); максимальная унификация программирования (упрощение и стандартизация программирования операций, выполняемых периферийными устройствами). Перечисленные требования могут выполняться за счет унификации программирования и соединений, а также за счет использования унифицированных интерфейсов, которые не зависят от типа внешнего устройства.
Основными способами присоединениям периферийных устройств к электронно-вычислительной машине являются каскадное соединение, магистрально-модульное соединение, радиальное соединение. При каскадном соединении данные могут передаваться только в одном направлении (от одного функционального элемента к другому). При этом виде соединения системе свойственны минимальное количество шин и небольшая скорость обмена. При радиальном соединении центральный функциональный элемент связывается с каждым функциональным элементом. Данная система обладает самыми большими показателями производительности и надежности, но в ней может использоваться ограниченное число функциональных элементов, а также обмен между функциональными элементами невозможен. При магистрально-модульном соединении все устройства организовываются в виде модулей, соединенных магистралью. Каждый модуль подключается к магистрали при помощи интерфейсных схем. Пример схемы магистрально-модульного соединения изображен на рисунке ниже.
Рисунок 2. Пример схемы магистрально-модульного соединения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
