Это способ соединения между различными модулями компьютера когда входные и выходные устройства

Обновлено: 15.01.2025

• Магистральность – это способ соединения между различными модулями компьютера, когда входные и выходные устройства модулей соединяются одними и теми же проводами, совокупность которых называется шиной.

• Микропрограммируемость – это способ реализации принципа программного управления.

• Современные ЭВМ могут иметь различную архитектуру, но обязательно содержат в своей структуре следующие элементы:

• Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции.

• Устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения программ.

• Запоминающее устройство (память) для хранения программ и данных.

• Внешние устройства для ввода–вывода информации (ВУ).

Принципы фон Неймана

• Принцип программного управления обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ.

• Согласно этому принципу программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

• Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что храниться в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

• Иногда этот принцип называют «принцип хранимой команды»

• Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Это позволяет обращаться к произвольной ячейке (адресу) без просмотра предыдущих.

Структура типового МП

Предназначена для передачи данных от микропроцессора к периферийным устройствам, а также в обратном направлении (двунаправленная)

• Шина адреса (Address Bus), 16-ти разрядная (А0-А15), служит для определения адреса (номера) устройства, с которым процессор обменивается информацией в данный момент. Каждому устройству (кроме процессора), каждой ячейке памяти в микропроцессорной системе присваивается собственный адрес.

• Шина управления (Control Bus), постоянной размерности не имеет, состоит из отдельных управляющих сигналов. Каждый из этих сигналов во время обмена информацией имеет свою функцию.

• Некоторые сигналы служат для стробирования передаваемых или принимаемых данных , для подтверждения приема, сброса данных, или для сброса всех устройств в исходное состояние

• ОЗУ хранит информацию только при наличии напряжения питания. ОЗУ-это простейший регистр построенный на D – триггерах.

• ПЗУ- предназначено для долговременного хранения информации, её нельзя оперативно менять. В ПЗУ информация записывается один раз либо в процессе производства, либо непосредственно перед применением, при помощи специальных программаторов.

• Соединение всего многообразия внешних устройств с шинами МК осуществляется с помощью интерфейсов, которые следует понимать как унифицированное средство объединения различных устройств в единую систему.

• ППА –программируемый параллельный адаптер КР580ВВ55.

• ПСА – программируемый связной адаптер КР580ВВ51.

• Обмен данными с внешними устройствами осуществляется через порты ввода/вывода.

• Для микропроцессора Intel 8080 общее число портов ввода/вывода может составлять 256.

• В качестве внешних устройств используются клавиатура, дисплей, принтеры, датчики и т.п.

• Микропроцессор Intel 8080A ориентирован на работу с памятью, имеющую байтовую организацию (8 бит). Это значит, что микропроцессор считывает информацию побайтно.

• Программа и данные хранятся в памяти в ячейках длиной 1 байт (8 бит); каждая ячейка имеет адрес длиной 2 байта (16 бит). Всего процессор может напрямую обращаться к 64К памяти.

Схема подключения выводов микропроцессора КР580ВМ80А и их назначения.

Выводы синхронизации:

• F1, F2 – выводы двух неперекрывающихся последовательностей синхроимпульсов;

• SYNC – выход синхронизации, сигнал определяет начало каждого машинного цикла команды;

• RESET – вход сигнала начальной установки процессора. После прекращения действия сигнала программный счетчик устанавливается в нулевое состояние и процессор начинает работать с нулевого адреса.

Выводы управления ожиданием:

• READY – готово внешнее устройство (READY = 1) или не готово (READY = 0). Синхронизирует обмен информации с внешними устройствами.

• WAIT – указывает, что процессор находится в состоянии ожидания (WAIT = 1).

Выводы управления памятью:

• WR – управление записью в память или во внешние устройства; низкий уровень указывает, что процессор выдал данные на магистраль данных D7-D0.

Выводы управления магистралью данных:

• DBIN – указывает, что магистраль данных (D7-D0) находится в режиме приема. Используется для управления чтением данных из памяти или внешнего устройства.

Выводы управления прерыванием:

• INT – запрос прерывания внешним устройством, запрашивающих обмен с процессором в режиме прерывания.

• INTE – выход сигнала разрешения прерывания (INTE = 1), указывающего на то, что процессор готов к обмену в режиме прерывания; (INTE = 1 – если готов, INTE = 0 – если не готов).

Выводы управления захватом магистралей в режиме ПДП:

• HLD – вход запроса захвата магистралей D7-D0 и магистрали адреса А15-А0 внешними устройствами. Процессор переходит в режим ЗАХВАТ и отключает магистрали D7-D0 и А15-А0 (переходит в высокоимпедансное состояние).

• HLDA – выход подтверждения захвата. Указывает, что процессор находится в состоянии ЗАХВАТ. Магистрали данных и адреса при этом отключены от выводов.

Командный цикл микропроцессора

• Выполнение команд в МП осуществляется в строго определенной последовательности обусловленной рядом факторов, в том числе используемыми синхросигналами . В основе работы МП лежит командный цикл - действия по выбору из памяти и выполнению одной команды. В зависимости от типа и формата команды, способов адресации и числа операндов командный цикл может включать в себя различное число обращений к памяти и ВУ и следовательно - иметь различную длительность.

Машинные циклы и их идентификация

• Действия МПС по передаче в/из МП одного байта данных/команды называются машинным циклом.

• Командный цикл представляет собой последовательность машинных циклов (МЦ), причем КЦ i8080 может содержать от 1 до 5 МЦ.

• МЦ может состоять из нескольких машинных тактов.

• Машинный такт (Т) – это период синхросигналов. Его длительность может быть установлена в некоторых пределах. В МП КР580 длительность может быть установлена произвольно в диапазоне 0,5…2 мкс (при тактовой частоте 2 МГц)

• МЦ микропроцессора i8080 предусматривает возможность обмена как в синхронном, так и в асинхронном режиме.

• Если в составе МПС использованы только "быстрые" устройства, т.е. такие, которые могут работать с тактовой частотой МП, то передача информации в МЦ осуществляется в синхронном режиме.

• При работе с "медленными" устройствами, быстродействие которых не позволяет переключаться с частотой тактового генератора МП, необходимо "растянуть" во времени МЦ, реализовав асинхронный принцип обмена.

Принципы программирования микропроцессоров.

• Все языки программирования условно можно разделить на три уровня:

• машинный код;

• автокод (язык ассемблера);

• языки высокого уровня (процедурные языки и языки искусственного интеллекта.

Ассемблерная мнемоника

• Язык ассемблера - это символическое представление машинного языка. Все процессы в машине на самом низком, аппаратном уровне приводятся в действие только командами (инструкциями) машинного языка.

• Программа на ассемблере представляет собой совокупность блоков памяти, называемых сегментами памяти.

Структурная схема микропроцессора КР580ВМ80А (i8080А)

• Микропроцессор КР580ВМ80А реализован на основе общей внутренней магистрали данных и включает в себя следующие функциональные узлы: блок регистров с адресной логикой; блок АЛУ; двунаправленную буферизованную магистраль данных; блок управления и синхронизации.

Блок регистров

• Содержит шесть 16-ти битовых регистров, образующих статическую память с произвольным доступом (регистр – пространство из восьми бит, схема или устройство хранения информации).

Регистр-счетчик (РС)

• Используется в качестве программного счетчика и хранит адрес текущей команды программы.

• Его содержимое автоматически увеличивается после выборки каждого байта команды схемой адресной логики.

• Загрузка и выдача содержимого РС осуществляется через мультиплексоры и внутреннюю магистраль данных.

Указатель стека (SP)

• SP хранит адрес ячейки стековой области памяти, к которой было сделано последнее обращение.

• Содержимое SP уменьшается на 1 перед каждым занесением слова в стек или увеличивается на 1 после каждого извлечения из стека.

Пара регистров W и Z

Адресная логика

• предназначена для хранения, программного изменения и выдачи на магистраль А15-А0 адресов данных и команду.

• Она содержит буферный регистр адреса (БРА), логическую схему инкремента-декремента (СИД) и адресный буфер.

• Буферный регистр адреса принимает и хранит адрес с любого 16-ти разрядного регистра. Его выход связан со входами СИД и БРА.

Блок АЛУ.

• Информация обрабатывается в АЛУ с использованием регистра временного хранения (ВР), аккумулятора временного хранения (ВА), аккумулятора (А) и регистра признаков F.

Регистр флагов F

• 8 разрядный регистр, содержащий информацию о текущем состоянии микропроцессора.

• Имеет пять однобитовых флагов состояния, которые индицируют результаты выполнения арифметических и логических операций. В зависимости от состояния этих флагов некоторые машинные команды могут изменять последовательность выполнения команд в программе.

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
S	Z	-	AC	-	P	1	CY

Двунаправленная магистраль данных

• Служит для организации связи микропроцессора с другими микросхемами, входящими в состав микро-ЭВМ.

• Она включает в себя внутреннюю магистраль данных, буфер данных (БД) и соединена с выводами магистрали данных D7-D0 микропроцессора.

• В режиме вывода информация с внутренней магистрали загружается в буферный регистр, а затем передается на внешнюю магистраль данных через формирователи.

• При вводе данные из внешней магистрали через формирователи непосредственно передаются на внутреннюю магистраль. Буферный регистр данных при этом отключается. Он отключается также при выполнении операций, не связанных с передачей информации процессором.

Блок управления и синхронизации

• Предназначен для приема команд, синхронизирующих и управляющих внешних сигналов, а также для формирования внутренних сигналов микроопераций и внешних синхронизирующих и управляющих сигналов.

Он содержит регистр команд (РК), дешифратор команд (ДшК), схемы формирования машинных циклов и другие устройства.

Способы адресации микропроцессора

• Микропроцессор I8080/8085 использует пять способов адресации: неявную, регистровую, непосредственную, прямую, косвенную регистровую.

• Неявная адресация В команде операнд явно не задается, он подразумевается (например команда СМА).

• Регистровая адресацияКогда используются команды с этим способом адресации, операция и источник данных (операнд) точно определены.

• Операнд отыскивается микропроцессором во внутреннем регистре микропроцессора (например команда MOV D,C).

• Непосредственная адресация Команды непосредственной адресации являются командами, по которым данные следуют непосредственно за командой.

• Прямая адресация В случае прямой адресации второй и третий байт команды прямо указывают на расположение операнда в памяти. Это команды трехбайтового формата (исключение составляют ввода/вывода).

• Косвенная регистровая адресация. Команды с такой адресацией обращаются в память, используя содержимое пары регистров для указания на адрес операнда. Если в мнемонике команды стоит буква М, то операнд находится в памяти по адресу, записанному в регистровой пара HL.

Основные группы операций.

• Микропроцессоры выполняют набор команд, которые реализуют следующие основные группы операций:

• операции пересылки,

• арифметические операции,

• логические операции,

• операции сдвига,

• операции сравнения и тестирования,

• битовые операции,

• операции управления программой;

Команды ветвлений и переходов микропроцессораIntel 8080

• Команды ветвлений содержат группы команд перехода, вызова, возврата и повторного запуска.

• Эта группа команд изменяет последовательный нормальный ход программы.

• Команды переходов существуют двух типов – безусловного и условного переходов.

• Безусловные переходы просто выполняют операцию перехода по указанному адресу; условные – проверяют состояние одного из индикаторов микропроцессора.

• Условия, которые проверяются командами условных переходов, задаются в следующей форме:

• JNZ – не нуль(Z = 0)

• JZ – нуль(Z = 1)

• JNC – нет переноса(CY = 0)

• JC – перенос (C = 1)

• JPO – нечетность (P = 0)

• JPE – четность (P = 1)

• JP – плюс (S = 0)

• JM – минус (S = 1)

• JMP addr (Jump). Переход или ветвление (РС) addr. Управление передается команде, адрес которой установлен в байте 2 и 3 текущей команды.

Команды стека, ввода/вывода и управления микропроцессором
Intel 8080А

• Эти команды выполняют операции помещения в стек и извлечения из него, ввода и вывода данных, обмен данными, подтверждения и запрета прерываний, останова процессора.

Современные ЭВМ могут иметь различную архитектуру, но обязательно содержат в своей структуре следующие элементы (Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции. Устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения программ. Запоминающее устройство (память) для хранения программ и данных. Внешние устройства для ввода–вывода информации (ВУ).) и используют основной принцип функционирования ЭВМ – принцип программируемости, дополненный новыми принципами, к которым можно отнести принципы модульности, магистральности и микропрограммируемости.

Модульность – это способ построения компьютера на основе набора модулей. Модулем называется конструктивно и функционально законченный электронный блок в стандартном исполнении. Это означает, что с помощью модуля может быть реализована какая-то функция либо самостоятельно, либо совместно с другими модулями.

Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры ЭВМ. Централизованное управление осуществляет устройство управления главного, или центрального, процессора. Подключаемые к центральному процессору модули (контроллеры и КВВ) могут, в свою очередь, использовать специальные шины или магистрали для обмена управляющими сигналами, адресами и данными. Инициализация работы модулей обеспечивается по командам центральных устройств, после чего они продолжают работу по собственным программам управления. Результаты выполнения требуемых операций представляются ими “вверх по иерархии” для правильной координации всех работ.

Иерархический принцип построения и управления характерен не только для структуры ЭВМ в целом, но и для отдельных ее подсистем.

Использование рассмотренных принципов и объединение в одном устройстве, названом центральный процессор (ЦП), АЛУ и УУ, привели к видоизмененной структуре современной ЭВМ, изображенной на рис. 1.

Наиболее распространенной является структура вычислительной системы (ВС), имеющая две или три (в большинстве случаев) общих магистрали (шины), к которым под воздействием устройств управления могут поочередно подключаться, входящие в систему узлы (см. рис. 2).

В приведенной на рис. 2. схеме, обработку информации осуществляет ЦП, синхронизируемый тактовыми импульсами устройства синхронизации. Обмен информацией между МП и остальными блоками ВС осуществляется по трем магистралям (шинам): адресной, данных и управляющей. Магистраль адреса (МА, ША) служит для передачи кода адреса, по которому производится обращение к устройствам памяти ввода-вывода и прочим внешним устройствам. Обрабатываемая информация и результаты вычислений передаются по магистрали данных (МД, ШД). Магистраль управления (МУ) передает управляющие сигналы на все блоки ВС, настраивая устройства, участвующие в выполняемой команде, на нужный режим работы.

Использование в ВС трех магистралей обеспечивает высокое быстродействие и упрощает процесс вычисления. Возможно построение ВС с одной или двумя магистралями, по которым последовательно передаются код адреса и обрабатываемая информация, но при этом значительно возрастает время выполнения команды и усложняется организация обмена информацией между узлами.

CISC - Complete Instruction Set Computer Для CISC-процессоров характерно: сравнительно небольшое число регистров общего назначения; большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов; большое количество методов адресации; большое количество форматов команд различной разрядности; преобладание двухадресного формата команд; наличие команд обработки типа регистр-память.

RISC - Reduced Instruction Set Computer Корни этой архитектуры уходят к компьютерам CDC6600, которые одни из первых начали оснащаться упрощенным набором команд для увеличения быстродействия. RISC в современном его понимании сформировалось на базе трех исследовательских проектов компьютеров: процессора 801 компании IBM, процессора RISC университета Беркли и процессора MIPS Стенфордского университета

Классификация компьютеров по областям применения

Персональные компьютеры и рабочие станции X-терминалы Серверы Мейнфреймы Кластерные архитектуры

Х-терминалы. Вычислительные системы обладающие минимальным набором средств обработки информации и ориентированные, главным образом, на организацию взаимодействия пользователя с высокопроизводительной вычислительной системой (сервером), которая и осуществляет обработку информации.

Существует несколько типов серверов, ориентированных на разные применения: файл-сервер, сервер базы данных, принт-сервер, вычислительный сервер, сервер приложений. Таким образом, тип сервера определяется видом ресурса, которым он владеет (файловая система, база данных, принтеры, процессоры или прикладные пакеты программ).

Современные серверы высокой мощности характеризуются: наличием двух или более центральных процессоров RISC, реже CISC; многоуровневой шинной архитектурой, в которой запатентованная высокоскоростная системная шина связывает между собой несколько процессоров и оперативную память, а также множество стандартных шин ввода/вывода, размещенных в том же корпусе; поддержкой технологии дисковых массивов RAID; поддержкой режима симметричной многопроцессорной обработки, которая позволяет распределять задания по нескольким центральным процессорам или режима асимметричной многопроцессорной обработки, которая допускает выделение процессоров для выполнения конкретных задач.

Мейнфреймы . Мейнфрейм – это синоним понятия «большая универсальная ЭВМ». Мейнфреймы и до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они могут включать один или несколько процессоров, каждый из которых, в свою очередь, может оснащаться векторными сопроцессорами (ускорителями операций с суперкомпьютерной производительностью).

В архитектурном плане мейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийные процессоры (в терминологии IBM - селекторные, блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.

Кластерные архитектуры Термин «кластеризация» можно определить как реализация объединения машин, представляющегося единым целым для операционной системы, системного программного обеспечения, прикладных программ и пользователей. Машины, кластеризованные вместе таким способом могут при отказе одного процессора очень быстро перераспределить работу на другие процессоры внутри кластера.

VAX-кластер(компания DEC) представляет собой слабосвязанную многомашинную систему с общей внешней памятью, обеспечивающую единый механизм управления и администрирования. В настоящее время на смену VAX-кластерам приходят UNIX-кластеры. При этом VAX-кластеры предлагают проверенный набор решений, который устанавливает критерии для оценки подобных систем.

Современные ЭВМ могут иметь различную архитектуру, но обязательно содержат в своей структуре рассмотренные элементы и используют основной принцип функционирования ЭВМ, дополненный новыми принципами, к которым можно отнести принципы модульности, магистральности и микропрограммируемости.

Любая вычислительная система включает следующие узлы: Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции. Устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения программ. Запоминающее устройство (память) для хранения программ и данных. Внешние устройства для ввода–вывода информации (ВУ).

неймановская архитектура В общих чертах работу вычислительной системы можно описать следующим образом: устройство управления инициирует процесс чтения из памяти очередной команды программы, расшифровывает ее и подключает необходимые для ее выполнения цепи и устройства (АЛУ или ВУ), после чего цикл повторяется для выполнения следующей команды. Таким образом, все действия в ЭВМ выполняются под управлением программы, хранящейся в памяти. В связи с этим основным принципом работы ЭВМ является принцип программного управления.

гарвардская архитектура память программ и память данных разделены и имеют собственные адресные пространства и способы доступа к ним.

Магистральность – это способ соединения между различными модулями компьютера, когда входные и выходные устройства модулей соединяются одними и теми же проводами, совокупность которых называется шиной. Магистраль компьютера состоит из нескольких групп шин, разделяемых по функциональному признаку - шина адреса, шина данных, шина управления

Микропрограммируемость – это способ реализации принципа программного управления. Суть его состоит в том, что принцип программного управления распространяется и на реализацию устройства управления. Другими словами, устройство управления строится точно так же, как и весь компьютер, только на микроуровне, т.е. в составе устройства управления имеется своя память, называемая управляющей памятью или памятью микрокоманд, свой "процессор", свое устройство управления и т. д

Классификация вычислительных систем В соответствии с наиболее известной классификацией архитектур ВС, предложенной в 1966 году М.Флинном и базирующейся на понятии потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором, выделают четыре типа архитектур ВС: SISD, MISD, SIMD, MIMD:

SISD (single instruction, single data) - одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся, прежде всего, классические последовательные машины, или иначе, машины фон-неймановского типа, например, PDP-11 или VAX 11/780. 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.

SIMD (single instruction, multiple data) - 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. В таких системах обычно очень много модулей обработки (от 1024 до 16384), которые и позволяют за одну инструкцию обрабатывать несколько данных.

MISD (multiple instruction, single data) - 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.

MIMD (multiple instruction, multiple data) - множественный поток команд и множественный поток данных. Этот класс предполагает, что в вычислительной системе есть несколько устройств обработки команд, объединенных в единый комплекс, каждое из которых работает со своим потоком команд и данных. Основное отличие этих систем от многопроцессорных SIMD-машин состоит в том, что инструкции и данные связаны, потому что они относятся к одной и той же исполняемой задаче.

Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы

Многомашинная вычислительная система (ММВС) – система (комплекс), включающая в себя две или более ЭВМ (каждая из которых имеет процессор, ОЗУ, набор периферийных устройств и работает под управлением собственной ОС), связи между которыми обеспечивают выполнение функций, возложенных на ММВС.

По характеру связей между ЭВМ ММВС можно разделить на три типа: косвенно-, или слабосвязанные; прямосвязанные; Сателлитные.

В ММВС существуют три вида связей : общее ОЗУ (ООЗУ); прямое управление, иначе связь процессор – процессор; адаптер канал – канал (АКК).

Для ММВС с сателлитными связями ЭВМ характерным является не способ связи, а принципы взаимодействии ЭВМ

во-первых, ЭВМ существенно различаются по своим характеристикам, а во-вторых, имеет место определенная соподчиненность машин и различие функций, выполняемых каждой ЭВМ. Основная ЭВМ (чаще более высокопроизводительная) предназначена для основной обработки информации. Сателлитная (подчиненная меньшей производительности) осуществляет организацию обмена информацией основной ЭВМ с периферийными устройствами, ВЗУ, удаленными абонентами и т.д. Некоторые ММВС могут включать не одну, а несколько сателлитных ЭВМ, при этом каждая из них ориентируется на выполнение определенных функций.

Многопроцессорные вычислительные системы (МПВС) – это система (комплекс), включающий в себя два или более процессоров, имеющих общую ОП, общие периферийные устройства и работающих под управлением единой ОС, которая, в свою очередь, осуществляет общее управление техническими и программными средствами комплекса.

типы структурной организации МПВС : с общей шиной; с перекрестной коммутацией; с многовходовыми ОЗУ.

В МПВС с общей шиной проблема связей всех устройств между собой решается крайне просто: все они соединяются общей шиной, по которым передаются информация, адреса и сигналы управления

Достоинством такой структуры является простота, в том числе изменения комплекса, а также доступность модулей ОЗУ для всех остальных устройств. Недостатками является невысокое быстродействие (одновременный обмен информацией возможен между двумя устройствами, не более), относительно низкая надежность системы из-за наличия общего элемента – шины.

ЭВМ имеет две разновидности: ЭВМ с общей и индивидуальной памятью.

Рисунок 14 - Структуры ЭВМ с общей памятью

Главное различие между ЭВМ с общей и индивидуальной (локальной, распределенной) памятью состоит в характере адресной системы. В машинах с общей памятью адресное пространство всех процессоров является единым, следовательно, если в программах нескольких процессоров встречается одна и та же переменная X, то эти процессоры будут обращаться в одну и ту же физическую ячейку общей памяти. Это вызывает как положительные, так и отрицательные последствия:

1) Наличие общей памяти не требует физического перемещения данных между взаимодействующими программами, которые параллельно выполняются в разных процессорах. Это упрощает программирование и исключает затраты времени на межпроцессорный обмен.

2) Несколько процессоров могут одновременно обращаться к общим данным и это может привести к получению неверных результатов. Чтобы исключить такие ситуации, необходимо ввести систему синхронизации параллельных процессов, что усложняет механизмы операционной системы.

3) Поскольку при выполнении каждой команды каждым процессором необходимо обращаться в общую память, то требования к пропускной способности коммутатора этой памяти чрезвычайно высоки, что и ограничивает число процессоров в системах с общей памятью величиной 10. 20.

В системах с индивидуальной памятью каждый процессор имеет независимое адресное пространство и наличие одной и той же переменной X в программах разных процессоров приводит к обращению в физически разные ячейки индивидуальной памяти этих процессоров. Это приводит к необходимости физического перемещения данных между взаимодействующими программами в разных процессорах, однако, поскольку основная часть обращений производится каждым процессором в собственную память, то требования к коммутатору ослабляются и число процессоров в системах с распределенной памятью и коммутатором типа гиперкуб может достигать нескольких десятков и даже сотен.

Магистральность – это способ соединения между различными модулями компьютера, когда входные и выходные устройства модулей соединяются одними и теми же проводами, совокупность которых называется шиной. Магистраль компьютера состоит из нескольких групп шин, разделяемых по функциональному признаку — шина адреса, шина данных, шина управления.

Микропрограммируемость– это способ реализации принципа программного управления. Суть его состоит в том, что принцип программного управления распространяется и на реализацию устройства управления. Другими словами, устройство управления строится точно так же, как и весь компьютер, только на микроуровне, т.е. в составе устройства управления имеется своя память, называемая управляющей памятью или памятью микрокоманд, свой «процессор», свое устройство управления и т. д.

Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры ЭВМ. Централизованное управление осуществляет устройство управления главного, или центрального, процессора. Подключаемые к центральному процессору модули (контроллеры и КВВ) могут, в свою очередь, использовать специальные шины или магистрали для обмена управляющими сигналами, адресами и данными. Инициализация работы модулей обеспечивается по командам центральных устройств, после чего они продолжают работу по собственным программам управления. Результаты выполнения требуемых операций представляются ими “вверх по иерархии” для правильной координации всех работ.

Рисунок 15 – Иерархия ЭВМ

Читайте также: