Компьютерные книги
Главное меню
Главная Поиск по сайту Добавить материал О нас Карта книг Карта сайта
Реклама
computersbooks.net -> Добавить материал -> Аппаратное обеспечение -> Баула В.Г. -> "Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования" -> 6

Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования - Баула В.Г.

Баула В.Г. Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования — Москва, 2003. — 144 c.
Скачать (прямая ссылка): vvedenievarhetekturuevm2003.pdf
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 < 6 > 7 8 9 10 11 12 .. 86 >> Следующая


На этом мы закончим краткое описание машины фон Неймана и принципов её работы. И в заключение этого раздела мы совсем немного рассмотрим архитектуру ЭВМ на уровне инженера-конструктора. Это будет сделано исключительно для того, чтобы снять тот покров таинственности с работы центрального процессора, который есть сейчас у некоторых студентов: как же машины может выполнять различные операции, неужели она такая умная?

Аппаратура современных ЭВМ состоит из некоторых элементарных конструктивных элементов, называемых вентилями. Каждый вентиль реализует одну из логических операций, у него есть один или два входа и один выход. На входах и выходе могут быть электрические сигналы двух видов: 9

низкое напряжения (трактуется как ноль или логическое значение false) и высокое (ему соответствует единица или логическое значение true). Основные вентили следующие.

1. Отрицание, этот вентиль имеет один вход и один выход, если на входе значение true, то на

выходе значение false и наоборот. Будем изображать этот вентиль так:

Каждый вентиль срабатывает (т.е. преобразует входные сигналы в выходные) не непрерывно, а только тогда, когда на вентиль по специальному управляющему проводу приходит так называемый тактовый импульс. Заметим, что по этому принципу работают ЭВМ, которые называются дискретными, в отличие от аналоговых компьютеров, схемы в которых работают непрерывно. Подавляющее число современных ЭВМ являются дискретными, только их мы и будем изучать. Более подробно об этом можно прочесть в книгах [1,3].

Из вентилей строятся так называемые интегральные схемы - это набор вентилей, соединённых проводами и такими радиотехническими элементами, как сопротивления, конденсаторы и индуктивности. Каждая интегральная схема тоже имеет свои входы и выходы и реализует какую-нибудь функцию узла компьютера. В специальной литературе интегральные схемы, которые содержат порядка 1000 вентилей, называются малыми интегральными схемами (МИС), порядка 10000 вентилей - средними (СИС), порядка 100000 - большими (БИС) и более 100000 вентилей -сверхбольшими интегральными схемами (СБИС).

Большинство современных интегральных схем собираются на одной небольшой прямоугольной пластинке полупроводника с размерами порядка сантиметра. Под микроскопом такая пластинка СБИС похожа на план большого города. Интегральная схема имеет от нескольких десятков до нескольких сотен внешних контактов.

Для того, чтобы реализовать простые электронные часы, необходимо порядка 1000 вентилей, из 10000 вентилей уже можно собрать простейший центральный процессор, а современные мощные ЭВМ состоят из миллионов вентилей.

В качестве примера рассмотрим интегральную схему, которая реализует функцию сложение двух одноразрядных двоичных чисел. Входными данными этой схемы являются значения переменных x и у, а результатом - их сумма, которая, в общем случае, является двухразрядным числом (обозначим разряды этого числа как a и b), формирующиеся как результат сложения x+y. Запишем таблицу истинности для этой функции от двух переменных:

x у b a
0 0 0 0
0 1 0 1
1 0 0 1
1 1 1 0

Легко вычислить, что величины a и b будут определяться формулами:

а = x<>y =(x or у) and not(x and у) b = x and у

Реализуем нашу интегральную схему как набор вентилей, связанных проводниками (рис. 2.2. а). 10

x

y

Рис. 2.2. а) Сборка двоичного сумматора из вентилей, j - тактовые импульсы.

Наша интегральная схема (см. рис. 2.2 б) будет иметь не менее 7-ми внешних контактов: входные x и у, выходные а и b, один контакт для подачи тактовых импульсов, два контакта для подачи электрического питания (ясно, что без энергии ничего работать не будет) и, возможно, другие контакты. Суммирование чисел x и у в приведенной выше схеме осуществляется после прихода трёх тактовых импульсов (как говорят, за три такта). Современные компьютеры обычно реализуют более сложные схемы суммирования, срабатывающие за один такт.

Скорость работы интегральной схемы зависит от частоты прихода тактовых импульсов, называемой тактовой частотой. У современных ЭВМ тактовые импульсы приходят на схемы основной памяти с частотой примерно в сто миллионов раз в секунду, а на схемы центрального процессора - ещё примерно в 10 раз чаще.

+ - такт

x y

a b

a

b

Рис. 2.2б. Интегральная схема двоичного сумматора.

3. Учебная машина

Рассмотрим конкретизацию абстрактной машины фон Неймана на примере учебной машины, которую будем называть УМ-3 (смысл этого названия - учебная машина трёхадресная). Наша учебная машина будет удовлетворять всем принципам фон Неймана.

Память учебной машины состоит из 512 ячеек, имеющих адреса от 0 до 511, по 32 двоичных разряда каждая. В каждой ячейке может быть записано целое или вещественное число (представляются они по-разному) или команда. Команда в ячейке будет представляться в следующей форме:

КОП Al A2 A3

5 разрядов 9 разрядов 9 разрядов 9 разрядов

Здесь КОП - это число от 0 до 31, которое задаёт номер (код) операции, а A1, A2 и A3 - адреса операндов. Таким образом, в каждой команде задаются адреса аргументов (это A2 и A3) и адрес результата операции A1. Конкретизируем регистры устройства управления:
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 < 6 > 7 8 9 10 11 12 .. 86 >> Следующая
Книги
Web-программирован-
ие
Аппаратное обеспечение Графика Руководство по П.О. Самоучитель Теория программирования Фотошоп Языки программирования
Новые книги
Вирт Н. "Систематическое программирование " (Теория программирования)

Эком "Microsoft Excel 2000 шаг за шагом Русская версия самоучитель " (Самоучитель)

Поляков А.Ю. "Методы и алгоритмы компьютерной графики в примерах Vizual C++" (Графика)

Баяковский Ю.М. "Графическая библиотека Open GL " (Графика)

Валиков А. "Технология " (Языки программирования)
Авторские права © 2013 ComputersBooks. Все права защищены.