Архитектура неймановского компьютера.

Исторически неймановськая архитектура компьютера является первой классической вычислительной архитектурой. Основные принципы организации неймановських компьютеров:

- использования двоичной системы исчисления для представления информации;

- программы и данные записываются в двоичном коде с использованием форматов одинаковой длины, которая разрешает сохранять их в общих запоминающих устройствах и над командами программы делать операции как над числами;

управления вычислительным процессом осуществляется централизованно путем последовательного выполнения команд. Каждая команда руководит выполнением одной операции и передает управления следующей команде;

- память компьютера имеет линейную организацию, то есть она состоит из последовательно пронумерованных ячеек;

- для управления используется язык машинных команд, которым отвечают элементарные операции, которые последовательно выполняются над элементарными операндами.

Перечисленные принципы обеспечивают построение алгоритмически универсальных компьютеров простой архитектуры (рис. 1.1) с минимальными аппаратурными затратами. Такую архитектуру имели компьютеры первых генераций.

Выполнения программы и управления основными узлами компьютера осуществляет процессор. Программы и данные сохраняются в оперативной памяти. Входная информация (программы и данные) вводится через устройство ввода (обычно клавиатура), результаты работы программы выводятся на устройство вывода (устройство печати).

 

Рисунок 1.1 - Архитектура неймановского компьютера

При повышении производительности процессора эта архитектура стала неэффективной, так как электромеханические устройства ввода-вывода остались медленно действующими устройствами. Кроме того, скорость введения определяется скоростью человека-оператора, который принципиально не может быть увеличена выше физиологических границ.

Следующие архитектурные решения в построении компьютеров все большее отходили от традиционных неймановських принципов.

 

Архитектура постнеймановских компьютеров.

В настоящее время различают архитектуру больших универсальных компьютеров-мейнфреймов (наиболее типичными представителями являются компьютеры серий ШМ 360/370 и их "потомков" ES9000) и архитектуру мини-, микро- и персональных компьютеров.

Особенностью универсальных компьютеров есть параллельная ь асинхронная работа процессора и специализированных процессоров ввода-вывода - каналов ввода-вывода. Каналы ввода-вывода полностью управляют всеми периферийными устройствами. Взаимодействие периферийны* устройств с каналами и каналов с процессором обеспечивается системой прерывания. Если при выполнении программы возникает необходимость в работе периферийного устройства, то процессор инициализирует канал на выполнение данной операции, после чего продолжает выполнять основную программу. О завершение своей работы канал сообщает процессору прерыванием. Такая архитектура наиболее эффективная в понимании быстродействия, но требует больших аппаратных затрат (каналы ввода-вывода по своей архитектуре более сложные чем процессор), сложного управления и имеют более низкую архитектурную надежность.

 

 

Шины материнской платы.

Компьютерная ши́на (англ. computer bus) в архитектуре компьютера — подсистема, служащая для передачи данных между функциональными блоками компьютера. В устройстве шины можно различить механический, электрический (физический) и логический (управляющий) уровни.

В отличие от соединения точка-точка, к шине обычно можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Каждая шина определяет свой набор коннекторов (соединений) для физического подключения устройств, карт и кабелей.

Компьютерные шины ранних вычислительных машин представляли собой жгуты (пучки соединительных проводов — сигнальных и питания, для компактности и удобства обслуживания увязанных вместе), реализующие параллельные электрические шины с несколькими подключениями. В современных вычислительных системах данный термин используется для любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины.

Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения и могут иметь параллельные (англ. multidrop) и цепные (англ. daisy chain) топологии. В случае USB и некоторых других шин могут также использоваться хабы (концентраторы).

Некоторые виды скоростных шин (Fibre Channel, InfiniBand, скоростной Ethernet, SDH) для передачи сигналов используют не электрические соединения, а оптические.

Присоединители к шине, разнообразные разъёмы, как правило, унифицированы и позволяют подключить различные устройства к шине.

Управление передачей по шине реализуется как на уровне прохождения сигнала (мультиплексоры, демультиплексоры, буферы, регистры, шинные формирователи), так и со стороны ядраоперационной системы — в таком случае в его состав входит соответствующий драйвер.

Шины бывают параллельными (данные переносятся по словам, распределенные между несколькими проводниками) и последовательными (данные переносятся побитово).

Большинство компьютеров имеет как внутренние, так и внешние шины. Внутренняя шина подключает все внутренние компоненты компьютера к материнской плате (и, следовательно, к процессору и памяти). Такой тип шин также называют локальной шиной, поскольку она служит для подключения локальных устройств. Внешняя шина подключает внешнюю периферию к материнской плате.

Сетевые соединения, такие, как Ethernet, обычно не рассматриваются как шины, хотя разница больше концептуальная, чем практическая. Появление технологий InfiniBand и HyperTransport ещё больше размыло границу между сетями и шинами.

Шины бывают параллельными (данные переносятся по словам, распределенные между несколькими проводниками) и последовательными (данные переносятся побитово).

Большинство компьютеров имеет как внутренние, так и внешние шины. Внутренняя шина подключает все внутренние компоненты компьютера к материнской плате (и, следовательно, к процессору и памяти). Такой тип шин также называют локальной шиной, поскольку она служит для подключения локальных устройств. Внешняя шина подключает внешнюю периферию к материнской плате.

Сетевые соединения, такие, как Ethernet, обычно не рассматриваются как шины, хотя разница больше концептуальная, чем практическая. Появление технологий InfiniBand и HyperTransport ещё больше размыло границу между сетями и шинами.