50958

Функциональная и структурная организации компьютера

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Алгоритм решения задач имеет ряд своих обязательных свойств; дискретность – разбиение процесса обработки информации на более простые этапы шаги выполнения выполнение которых компьютером или человеком не вызывает затруднений; определенность алгоритма – однозначность выполнения каждого отдельного шага преобразования информации; выполнимость – конечность действий алгоритма решения задач позволяющая получить желаемый результат при допустимых исходных данных за конечное число шагов; массовость – пригодность алгоритма для решения...

Русский

2014-02-03

63.5 KB

21 чел.

Лекция № 9

Тема: Функциональная и структурная организации компьютера

  1.  Понятие и свойства алгоритма
  2.  Принципы программного управления
  3.  Функциональная организация компьютера
  4.  Структурная схема


Лекция № 9

Тема: Функциональная и структурная организации компьютера

Понятие и свойства алгоритма

Алгоритм – система точно сформулированных правил, определяющая процесс преобразования допустимых исходных данных (входной информации) в желаемый результат (выходную информацию) за конечное число шагов.

Алгоритм решения задач имеет ряд своих обязательных свойств;

- дискретность – разбиение процесса обработки информации на более простые этапы (шаги выполнения), выполнение которых компьютером или человеком не вызывает затруднений;

- определенность алгоритма – однозначность выполнения каждого отдельного шага преобразования информации;

- выполнимость – конечность действий алгоритма решения задач, позволяющая получить желаемый результат при допустимых исходных данных за конечное число шагов;

- массовость – пригодность алгоритма для решения определенного класса задач.

В алгоритме отражаются логика и способ формирования результатов решения с указанием необходимости расчетных формул, логических условий, соотношений для контроля достоверности выходных результатов. В алгоритме обязательно должны быть предусмотрены все ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения комплекса задач.

Алгоритм решения комплекса задач и его программная реализация тесно взаимосвязаны. Специфика применяемых методов проектирования алгоритмов и используемых при этом инструментальных средств разработки программ может повлиять на форму представления и содержания алгоритма обработки данных.

Принципы программного управления

Принципы фон-Неймана.

Большинство современных ЭВМ строится на базе принципов, сформулированных американским ученым, одним из «отцов» кибернетики ДЖ. Фон Нейманом. Впервые эти принципы были опубликованы в 1945 г. в его предложениях по машине EDVAC. Эта ЭВМ была одной из первых машин с хранимой программой, т.е. с программой, запомненной в памяти машины, а не считываемой с перфокарты или другого подобного устройства. В целом эти принципы сводятся к следующему:

  1.  Основными блоками фон-неймановской машины являются блок управления, арифметико-логическое устройство, память и устройство ввода-вывода (рис. 6.1).
  2.  Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы, называемые словами.
  3.  Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов, которые определяют смысл операции. Эти управляющие слова называются командами. Совокупность команд, представляющая алгоритм, называется программой.

Рис. 6.1. Обобщенная структурная схема ЭВМ:

УПД - устройство подготовки данных;

УВВ - устройство ввода информации;

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство;

ВЗУ - внешнее запоминающее устройство;

АЛУ – арифметико-логическое устройство;

УУ – устройство управления;

ПУ – пульт управления;

УВыв – устройство вывода информации;

  1.  Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Разнотипные слова различаются по способу использования, но не по способу кодирования.
  2.  Устройство управления и арифметическое устройство обычно объединяются в одно, называемое центральным процессором. Они определяю действия, подлежащие выполнению, путем считывания команд из оперативной памяти. Обработка информации, предписанная алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой.

Принципы фон-Неймана практически можно реализовать множеством различных способов. Здесь приведем два из них: ЭВМ с шиной и канальной организацией. Перед тем, как описать принципы функционирования ЭВМ, введем несколько определений. Архитектура ЭВМ – абстрактное определение машины в терминах основных функциональных модулях, языка, структур данных. Архитектура не определяет особенности реализации аппаратной части ЭВМ, времени выполнения команд, степени параллелизма, ширины шин и других аналогичных характеристик. Архитектура отображает аспекты структуры ЭВМ, которые являются видимыми для пользователя: систему команд, режимы адресации, форматы данных, набор программно-доступных регистров. Одним словом, термин «архитектура» используется для описания возможностей, предоставляемых ЭВМ. Весьма часто употребляется термин конфигурация ЭВМ, под которым понимается компоновка вычислительного устройства с четким определением характера, количества, взаимосвязей и основных характеристик его функциональных элементов. Термин «организация ЭВМ» определяет, как реализованы возможности ЭВМ,

Команда – совокупность сведений, необходимых процессору для выполнения определенного действия при выполнении программы. Команда состоит из кода операции, содержащего указание на операцию, которую необходимо выполнить, и несколько адресных полей, содержащих указание на месте расположения операндов команды. Способ вычисления адреса по информации, содержащейся в адресном поле команды, называется режимом адресации. Множество команд, реализованных в данной ЭВМ образует её систему команд.

 

Функционально-структурная организация ПК

Примечание. Здесь и далее организация ПК рассматривается применительно к самым распространенным в настоящее время IBM PC-подобным компьютерам.

Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

В состав микропроцессора входят:

  •  устройство управления (УУ) — формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы); опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;
  •  арифметико-логическое устройство (АЛУ) — предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);
  •  микропроцессорная память (МПП) — служит дня кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. (МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.)
  •  интерфейсная система микропроцессора — реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной.

Генератор тактовых импульсов. Генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины, которая является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов:

Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:

  •  кодовую шину данных (КШД);
  •  кодовую шину адреса (КША);
  •  кодовую шину инструкций (КШИ);  
  •  шину питания

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

  1.  между микропроцессором и основной памятью;
    1.  между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
    2.  между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной и формации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени.

Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, наиболее распространенными являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках.

Назначение этих накопителей — хранение больших объемов информации

Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК.

Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания — аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.

Внешние устройства (ВУ). По назначению можно выделить следующие виды ВУ:

  1.  внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;
  2.  диалоговые средства пользователя;
  3.  устройства ввода информации;
  4.  устройства вывода информации;
  5.  средства связи и телекоммуникации.

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы (дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с клавиатурой) и устройства речевого ввода-вывода информации.

К устройствам ввода информации относятся:

  •  клавиатура
  •  графические планшеты (диджитайзеры)— для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;
  •  сканеры
  •  манипуляторы (устройства указания): джойстик — рычаг, мышь, трекбол — шар в оправе, световое перо и др. •— для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК;
  •  сенсорные экраны — для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

К устройствам вывода информации относятся:

  •  принтеры
  •  графопостроители   (плоттеры)

Дополнительные схемы. К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора: математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

PAGE  6


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

485. Разработка лесохозяйственных мероприятий на части Альшеевского лесничества 563.5 KB
  Природно-экономические условия района и характеристика лесного фонда. Заготовка древесины и естественное возобновление леса. Выбор насаждений для пчеловодческой деятельности. Расчет медопродуктивности лесопокрытой площади.
486. Охорона праці на виробництві 141 KB
  При виконанні зварювальних робіт на працівників можуть впливати шкідливі і небезпечні виробничі фактори. До шкідливих виробничих факторів належать велика запиленість і загазованість робочої зони, ультрафіолетове, видиме й інфрачервоне випромінювання зварювальної дуги, шум.
487. Особенности национального менеджмента в России 170.5 KB
  Влияние национальных факторов на развитие менеджмента в России. Инфраструктура и характерные черты современного российского менеджмента, сравнительный анализ и сопоставление с Западной моделью. Роль российской культуры в системе современного менеджмента.
488. Организация технологического процесса изготовления детали 159.96 KB
  Расчет размера партии и периодичность запуска-выпуска деталей. Расчет длительности производственного цикла. Планирование участка и построение план-графика работы. Организация технического контроля качества продукции на предприятии.
489. Казарма на 4 подразделения 119.5 KB
  Разработан проект четырех этажной казармы на 4 подразделения в городе Батуми. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций. Определение глубины заложения фундамента.
490. Cадово-парковое и ландшафтное строительство 250 KB
  Формирование целостного представления о предприятиях зеленого хозяйства. Знакомство с состоянием рынка труда и производства зеленого материала для озеленения. Изучение ассортимента цветочных, древесных и кустарниковых культур.
491. Экономическое обоснование проекта автоматизации технологического процесса обработки информации 152 KB
  Расчет трудоемкости обработки информации и действительного годового фонда времени. Оценка экономической эффективности проекта и расчет количества оборудования и работников.
492. Поляризация диэлектриков 286.5 KB
  Ионно-релаксационная поляризация. Классификации диэлектриков. Спонтанная (сегнетоэлектрическая), дипольно-релаксационная, миграционная (межслоевая), остаточная (электретная) поляризация.
493. Газоснабжение и горячее водоснабжение жилого 6-и этажного здания 206.5 KB
  Гидравлический расчет подающих трубопроводов. Газоснабжение жилого здания. Гидравлические расчет систем горячего водоснабжения. Анализ циркуляционных трубопроводов.