Архитектура+ЭВМ

====С середины 60-х годов очень сильно изменился подход к созданию вычислительных машин (см историю ЭВМ). Вместо разработки аппаратуры и средств математического обеспечения стала проектироваться система, состоящая из синтеза аппаратных (hardware) и программных (software) средств. При этом на главный план выдвинулась концепция взаимодействия. Так возникло новое понятие — архитектура ЭВМ. ====

**Архитектура ЭВМ**– это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.

Под архитектурой ЭВМ принято понимать совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и основных их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих типов задач. Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.

__Классическая архитектура ЭВМ. __
Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены **[|Джон фон Нейманом]**. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке:




 * Положения фон Неймана: **
 * Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)
 * Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти
 * Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)
 * Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме
 * Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве
 * Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода
 * Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы – требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.

**Арифметико-логическое устройство** и **устройство управления** в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.

<span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">**Процессор** – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.

<span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">**Запоминающие устройства** обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.

<span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">**Оперативные ЗУ** хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.

<span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">**Внешние запоминающие устройства** (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК.

<span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">**ПЗУ** (постоянные запоминающие устройства) и **ППЗУ** (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.

<span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">В качестве **устройства ввода информации** служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер и т.д.

<span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в устройстве управления.

__<span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">Классификации ЭВМ. __
===<span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">[|Классификация Флинна.] === ====самой ранняя и наиболее известная, предложенная в 1966 году. Классификация базируется на понятии //потока//, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. На основе числа потоков команд и потоков данных Флинн выделяет четыре класса архитектур:====
 * ====**ОКОД(SISD)** (single instruction stream / single data stream) - одиночный поток команд и одиночный поток данных. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных.====
 * ====**ОКМД(SIMD)** (single instruction stream / multiple data stream) - одиночный поток команд и множественный поток данных. В архитектурах подобного рода сохраняется один поток команд, включающий, в отличие от предыдущего класса, векторные команды. Это позволяет выполнять одну арифметическую операцию сразу над многими данными - элементами вектора.====
 * ====**МКОД(MISD)** (multiple instruction stream / single data stream) - множественный поток команд и одиночный поток данных. Определение подразумевает наличие в архитектуре многих процессоров, обрабатывающих один и тот же поток данных. Однако ни Флинн, ни другие специалисты в области архитектуры компьютеров до сих пор не смогли представить убедительный пример реально существующей вычислительной системы, построенной на данном принципе.====
 * ====**МКМД(MIMD)** (multiple instruction stream / multiple data stream) - множественный поток команд и множественный поток данных. Этот класс предполагает, что в вычислительной системе есть несколько устройств обработки команд, объединенных в единый комплекс и работающих каждое со своим потоком команд и данных.====

[|Классификация Шора.]
появившаяся в начале 70-х годов, интересна тем, что представляет собой попытку выделения типичных способов компоновки вычислительных систем на основе фиксированного числа базисных блоков: устройства управления, арифметико-логического устройства, памяти команд и памяти данных. Дополнительно предполагается, что выборка из памяти данных может осуществляться словами, то есть выбираются все разряды одного слова, и/или битовым слоем - по одному разряду из одной и той же позиции каждого слова.

<span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">﻿ Источники: <span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">﻿[]<span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;"> [] <span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">﻿[] <span style="font-family: 'Times New Roman','serif'; font-size: 12pt; line-height: 115%; margin: 0cm 0cm 10pt;">[]