Классическая архитектура ПК. Принципы фон Неймана
В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом.
1. Принцип программного управления — программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
2. Принцип однородности памяти — программы и иные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять те же действия, что и над данными!
3. Принцип адресности — основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.
Компьютеры, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру.
Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный принцип обмена информацией. Все контроллеры устройств взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, называемую системной шиной. Системная шина выполняется в виде печатного мостика на материнской плате.
Принципы архитектуры фон Неймана Цифровой компьютер – это ЭВМ, хранящая программу, которая содержит программные инструкции, данные для чтения, записи, а также включает в себя память с произвольным доступом (RAM). Принципы архитектуры Джона фон Неймана изложены также в его труде «Первый проект». Согласно ему, компьютеры с хранимой в памяти программой были усовершенствованием по сравнению с управлением компьютеров, таких как ENIAC. Последний был запрограммирован с помощью установки переключателей и вставки патча, приводящего к маршрутизации данных и сигналам управления между различными функциональными блоками. В подавляющем большинстве современных компьютеров память также используется подобным образом. При этом архитектура ЭВМ фон Неймана отличается, например, от Гарвардской, тем, что она использует не основную, а кэш-память
|
|
Схема пк
Устройство и назначение микропроцессора
Микропроцессор– это программно-управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки. Микропроцессоры выполняются в виде одной или нескольких БИС.
Функции микропроцессора:
- вычисление адресов команд и операндов,
- выборка команд из оперативной памяти и дешифрация команд,
- выборка данных из оперативной памяти, регистров микропроцессорной памяти и регистров адаптеров внешних устройств,
- выполнение арифметико-логических и других операций, закодированных в командах,
- прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств, в том числе обработка сигналов прерываний,
- формирование синхронизирующих и управляющих сигналов для всех компонентов микроЭВМ,
- управление передачей информации между регистрами микропроцессора и оперативной памятью, а также устройствами ввода-вывода.
Основные технические характеристики микропроцессора:
|
|
- тактовая частота,
- разрядность (разрядность внутренних регистров микропроцессора, разрядность шины адреса и шины данных),
- система команд, форматы команд и способы адресации данных,
- типы обрабатываемых данных,
- объем адресуемой оперативной памяти, число программно доступных регистров микропроцессора,
- режимы работы микропроцессора,
- схема обработки прерываний,
- надежность.
Микропроцессорная система – это вычислительная, контрольно-измерительная или управляющая система, основным устройством обработки информации в которой является микропроцессор. Микропроцессорная система строится из набора микропроцессорных БИС.
Микропроцессорный комплект– совокупность интегральных схем, совместимых по электрическим, информационным и конструктивным параметрам и предназначенных для построения электронно-вычислительной аппаратуры и микропроцессорных систем управления. В типичный состав МПК входят:
|
|
- БИС микропроцессора;
- БИС оперативных запоминающих устройств;
- БИС постоянных запоминающих устройств;
- БИС интерфейсов или контроллеров внешних устройств;
- служебные БИС (тактовый генератор, регистры, шинные формирователи, контроллеры шин, арбитры шин).
2.Классификация микропроцессоров
Микропроцессоры и МПК классифицируют по таким признакам:
- назначение,
- количество БИС,
- способ управления,
- тип архитектуры,
- тип системы команд.
По назначениюмикропроцессоры делят на универсальные и специализированные.Универсальными микропроцессорамиявляются микропроцессоры общего назначения, которые решают широкий класс задач вычисления, обработки и управления.Специализированные микропроцессорыпредназначены для решения лишь определенного класса задач (микроконтроллеры, математические микропроцессоры и т.д.).
По количеству БИС в МПК различают однокристальные и многокристальные микропроцессоры. Однокристальный микропроцессор– это конструктивно законченное изделие в виде одной БИС. Другое название однокристальных МП – микропроцессоры с фиксированной разрядностью обрабатываемых данных. При создании более быстродействующего процессора, большей разрядности или с расширенным набором команд его реализуют на нескольких БИС. Такие микропроцессоры называютмногокристальными. Многокристальные микропроцессоры делятся на:многокристальные, модульные, многокристальные, секционные
|
|
В многокристальных модульныхмикропроцессорах каждый элемент логической структуры представляет собой БИС. Выбираемые из памяти команды распознаются и выполняются каждой частью микропроцессора автономно, и поэтому может быть обеспечен режим одновременной работы всех БИС микропроцессора.
В многокристальных секционныхмикропроцессорах в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры микропроцессора. Микропроцессорная секция – это БИС, предназначенная для обработки нескольких разрядов данных или выполнения определенных управляющих операций. За счет параллельного включения микропроцессорных секций можно построить микропроцессор требуемой разрядности.
По способу управленияразличают микропроцессоры со схемным и микропрограммным управлением.Микропроцессоры со схемным управлением имеют фиксированный набор команд, разработанный компанией-производителем, который не может изменяться потребителем. Вмикропроцессорахс микропрограммным управлением систему команд разрабатывают при проектировании конкретного МПК на базе набора простейших микрокоманд с учетом класса задач, для решения которых предназначен МПК.
Архитектура микропроцессора определяет его составные части и взаимодействие между ними. Архитектура включает:
- структурную схему микропроцессора,
- программную модель микропроцессора (описание функций регистров),
- информацию об организации памяти (емкость и способы адресации памяти),
- описание организации процедур ввода-вывода.
По типу архитектур,или принципу построения, различают МП с фон-неймановской архитектурой и МП с гарвардской архитектурой.
Память команд
Память данных
Процессор
Интерфейс ввода-вывода
Устройства ввода-вывода
а) b)
Рисунок – Основные типы архитектуры микропроцессора:
- фон-неймановской,
- гарвардская.
Особенностью фон-неймановской архитектуры является то, что программа и данные находятся в общей памяти, доступ к которой осуществляется по одной шине данных и команд.
Особенностью гарвардской архитектуры является то, что память данных и память программ разделены и имеют отдельные шину данных и шину команд, что позволяет повысить быстродействие микропроцессорной системы.
В Гарвардской архитектуре принципиально невозможно производить операцию записи в память программ, что исключает возможность случайного разрушения управляющей программы в случае неправильных действий над данными. Кроме того, в ряде случаев для памяти программ и памяти данных выделяются отдельные шины обмена данными. Эти особенности определили области применения этой архитектуры построения микропроцессоров. Гарвардская архитектура применяется в микроконтроллерах, где требуется обеспечить высокую надёжность работы аппаратуры и в сигнальных процессорах, где эта архитектура кроме обеспечения высокой надёжности работы устройств позволяет обеспечить высокую скорость выполнения программы, за счёт одновременного считывания управляющих команд и обрабатываемых данных, а так же записи полученных результатов в память данных.
Отличие архитектуры Фон Неймана заключается в принципиальной возможности работы над управляющими программами точно так же как над данными. Это позволяет производить загрузку и выгрузку управляющих программ в произвольное место памяти процессора, которая в этой структуре не разделяется на память программ и память данных. Любой участок памяти может служить как памятью программ, так и памятью данных. Причём в разные моменты времени одна и та же область памяти может использоваться и как память программ и как память данных. Для того чтобы программа могла работать в произвольной области памяти, её необходимо модернизировать перед загрузкой, то есть работать с нею как с обычными данными. Эта особенность архитектуры позволяет наиболее гибко управлять работой микропроцессорной системы, но создаёт принципиальную возможность искажения управляющей программы, что понижает надёжность работы аппаратуры. Эта архитектура используется в универсальных компьютерах и в некоторых видах микроконтроллеров.
По типу системы команд различают:
- микропроцессоры с полным набором команд типа CISC(ComplexInstructionSetCommand),
- микропроцессоры с сокращенным набором команд типа RISC(ReducedInstructionSetCommand),
- микропроцессоры с минимальным набором команд типа MISC(MinimumInstructionSetCommand).
Большинство современных компьютеров используют микропроцессоры типа CISC. Микропроцессоры типаRISCсодержат только набор простых, чаще всего встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложных команд в микропроцессоре производится их автоматическая сборка из простых. ВRISCмикропроцессорах все простые команды имеют один размер, и на выполнение каждой из них тратится один машинный такт. На выполнение даже самой короткой команды вCISCмикропроцессорах обычно тратится четыре такта.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1463; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!