Часто при построении ЭВМ для связи процессорного модуля с периферийными используется одна группа шин. В этом случае микропроцессор обращается к внешним устройствам ввода-вывода как к элементу памяти. Данная организация проста с точки зрения задействованных аппаратных средств, но допускает лишь последовательный во времени режим обмена информацией между периферийными модулями и процессорным модулем, т.е. невозможно одновременно обратиться и к памяти и к портам ввода-вывода. Структурная схема ЭВМ с общей шиной представлена на рис.4.2.
Рис.4.2. Структура ЭВМ (МП-системы) с общей шиной.
По роду передаваемой информации все шины разделены на три группы, образующие шину данных, шину адреса и шину управления. Характерной особенностью шины данных является ее двунаправленность, обеспечиваемая буферными регистрами, под которой понимается возможность передачи данных в разные моменты времени в различных направлениях, например, сначала от процессорного модуля к периферийному, а затем в обратном направлении. Ещё одна особенность этих буферных регистров заключается в том, что они являются трехстабильными, т.е. выходы этих регистров могут принимать третье пассивное или, так называемое высокоимпедансное состояние, благодаря чему регистр оказывается как бы отключенным от шины данных.
Каждый периферийный модуль ЭВМ имеет вход для приема сигнала ВМ (выбор модуля). В процессе работы ЭВМ с помощью этого сигнала «активизируется» только один из периферийных модулей. Это означает, что возможен обмен данными между ним и процессорным модулем. Выходы остальных модулей при этом остаются в высокоимпедансном состоянии (отключенном) и на работу ЭВМ не влияют.
Поскольку процессорный модуль должен обмениваться данными с определенными ячейками памяти запоминающих устройств или с определенными портами, то для возможности обращаться (адресоваться) к ним, каждая ячейка памяти и каждый порт ввода и вывода имеют свои индивидуальные номера — адреса. При обмене данными процессорный модуль устанавливает двоичный код, соответствующий адресу порта или ячейки памяти на шине адреса ЭВМ. Шина адреса является однонаправленной, т.е. адреса передаются только в одном направлении: от процессорного модуля.
Рассматриваемая ЭВМ содержит два модуля памяти: модуль ОЗУ и модуль ПЗУ. Некоторые ЭВМ могут содержать несколько модулей ОЗУ и ПЗУ, каждый из которых имеет вход для приема сигнала «выбор модуля» или в английской терминологии «change crystal» CS. Во всех случаях, когда ЭВМ содержит более одного модуля памяти, часть кода адреса ячейки памяти должна указывать, к какому модулю памяти производиться обращение. Эта часть называется кодом выбора модуля. Оставшаяся часть кода адреса выбирает ячейку памяти внутри модуля и называется адресом слова. Дешифрация кода выбора модуля производится с помощью дешифратора выбора модуля памяти, который вырабатывает соответствующий сигнал CS. Дешифрация адреса слова осуществляется внутренним дешифратором модуля. Входы этого дешифратора (адресные шины модуля памяти) подключаются к соответствующим линиям шины адреса.
Рассматриваемая ЭВМ содержит один порт ввода и один порт вывода. Однако таких портов у ЭВМ может быть и гораздо больше. Все входы CS портов ввода и вывода подключаются через дешифратор номеров портов к линиям шины адреса ЭВМ. Порты «активизируются» при появлении на шине адреса кодов, соответствующих их номерам. Дополнительным условием «активизации» любого периферийного модуля является наличие соответствующего сигнала на шине управления. По линиям шины управления от процессорного модуля к периферийным поступают сигналы, определяющие выбор группы модулей (порты или модули памяти), а также направление обмена данными: сигнал чтения из модулей запоминающих устройств – RDM (read memory), сигнал записи в модули запоминающих устройств – WRM (write memory), сигнал чтения из порта ввода – RDIO (read input/output), сигнал записи в порт вывода – WRIO (write input/output).
Читайте также: Какое качество китайских шин
Таким образом, при записи, например, числа в ячейку памяти ОЗУ процессорный модуль устанавливает на шине адреса адрес этой ячейки памяти, на шине данных – двоичный код записываемого числа и выдает на соответствующую линию шины управления сигнал WRM. При этом с шины данных число записывается в адресуемую ячейку памяти ОЗУ. При чтении, например, данных из какого-либо порта ввода процессорный модуль устанавливает на шине адреса адрес этого порта и выдает на соответствующую линию шины управления сигнал RDIO. При этом адресуемый порт ввода передает информацию со своего входа на шину данных, откуда она считывается процессорным модулем.
Мы рассмотрели организацию обмена данными между процессорным и периферийными модулями. Теперь рассмотрим работу ЭВМ в целом. Работа ЭВМ, как и любого цифрового устройства, заключается в обработке исходных данных по заданному алгоритму. Под алгоритмом работы цифрового устройства понимается набор последовательно выполняемых действий по обработке исходных данных с целью получения требуемого результата. В ЭВМ алгоритм реализуется при выполнении программы, хранимой в памяти в виде последовательности команд.
Выполнение любой команды начинается с чтения кода этой команды из запоминающего устройства. Для этого процессорный модуль устанавливает на шине адреса код адреса ячейки памяти, в который записан код команды и выдает на соответствующую линию шины управления сигнал RDM. В результате код команды выдается из ячейки памяти на шину данных и считывается процессорным модулем. МП дешифрирует код операции команды, определяет какие действия ему необходимо выполнить и переходит к исполнению команды. Во время выполнения команды МП может обращаться к памяти для чтения или записи данных, к порту ввода для ввода исходных данных, к порту вывода для вывода полученных результатов.
После окончания выполнения текущей команды МП переходит к выполнению очередной команды, т.е. обращается к ячейке памяти, где хранится код следующей команды.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать
![03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]](https://i.ytimg.com/vi/mjiJutISb6U/0.jpg)
4.2. Структура эвм с общей шиной.
Часто при построении ЭВМ для связи процессорного модуля с периферийными используется одна группа шин. В этом случае микропроцессор обращается к внешним устройствам ввода-вывода как к элементу памяти. Данная организация проста с точки зрения задействованных аппаратных средств, но допускает лишь последовательный во времени режим обмена информацией между периферийными модулями и процессорным модулем, т.е. невозможно одновременно обратиться и к памяти и к портам ввода-вывода. Структурная схема ЭВМ с общей шиной представлена на рис.4.2.
Рис.4.2. Структура ЭВМ (МП-системы) с общей шиной.
По роду передаваемой информации все шины разделены на три группы, образующие шину данных, шину адреса и шину управления. Характерной особенностью шины данных является ее двунаправленность, обеспечиваемая буферными регистрами, под которой понимается возможность передачи данных в разные моменты времени в различных направлениях, например, сначала от процессорного модуля к периферийному, а затем в обратном направлении. Ещё одна особенность этих буферных регистров заключается в том, что они являются трехстабильными, т.е. выходы этих регистров могут принимать третье пассивное или, так называемое высокоимпедансное состояние, благодаря чему регистр оказывается как бы отключенным от шины данных.
Каждый периферийный модуль ЭВМ имеет вход для приема сигнала ВМ (выбор модуля). В процессе работы ЭВМ с помощью этого сигнала «активизируется» только один из периферийных модулей. Это означает, что возможен обмен данными между ним и процессорным модулем. Выходы остальных модулей при этом остаются в высокоимпедансном состоянии (отключенном) и на работу ЭВМ не влияют.
Поскольку процессорный модуль должен обмениваться данными с определенными ячейками памяти запоминающих устройств или с определенными портами, то для возможности обращаться (адресоваться) к ним, каждая ячейка памяти и каждый порт ввода и вывода имеют свои индивидуальные номера — адреса. При обмене данными процессорный модуль устанавливает двоичный код, соответствующий адресу порта или ячейки памяти на шине адреса ЭВМ. Шина адреса является однонаправленной, т.е. адреса передаются только в одном направлении: от процессорного модуля.
Читайте также: Шина для протяжки кабеля
Рассматриваемая ЭВМ содержит два модуля памяти: модуль ОЗУ и модуль ПЗУ. Некоторые ЭВМ могут содержать несколько модулей ОЗУ и ПЗУ, каждый из которых имеет вход для приема сигнала «выбор модуля» или в английской терминологии «change crystal» CS. Во всех случаях, когда ЭВМ содержит более одного модуля памяти, часть кода адреса ячейки памяти должна указывать, к какому модулю памяти производиться обращение. Эта часть называется кодом выбора модуля. Оставшаяся часть кода адреса выбирает ячейку памяти внутри модуля и называется адресом слова. Дешифрация кода выбора модуля производится с помощью дешифратора выбора модуля памяти, который вырабатывает соответствующий сигнал CS. Дешифрация адреса слова осуществляется внутренним дешифратором модуля. Входы этого дешифратора (адресные шины модуля памяти) подключаются к соответствующим линиям шины адреса.
Рассматриваемая ЭВМ содержит один порт ввода и один порт вывода. Однако таких портов у ЭВМ может быть и гораздо больше. Все входы CS портов ввода и вывода подключаются через дешифратор номеров портов к линиям шины адреса ЭВМ. Порты «активизируются» при появлении на шине адреса кодов, соответствующих их номерам. Дополнительным условием «активизации» любого периферийного модуля является наличие соответствующего сигнала на шине управления. По линиям шины управления от процессорного модуля к периферийным поступают сигналы, определяющие выбор группы модулей (порты или модули памяти), а также направление обмена данными: сигнал чтения из модулей запоминающих устройств – RDM (read memory), сигнал записи в модули запоминающих устройств – WRM (write memory), сигнал чтения из порта ввода – RDIO (read input/output), сигнал записи в порт вывода – WRIO (write input/output).
Таким образом, при записи, например, числа в ячейку памяти ОЗУ процессорный модуль устанавливает на шине адреса адрес этой ячейки памяти, на шине данных – двоичный код записываемого числа и выдает на соответствующую линию шины управления сигнал WRM. При этом с шины данных число записывается в адресуемую ячейку памяти ОЗУ. При чтении, например, данных из какого-либо порта ввода процессорный модуль устанавливает на шине адреса адрес этого порта и выдает на соответствующую линию шины управления сигнал RDIO. При этом адресуемый порт ввода передает информацию со своего входа на шину данных, откуда она считывается процессорным модулем.
Мы рассмотрели организацию обмена данными между процессорным и периферийными модулями. Теперь рассмотрим работу ЭВМ в целом. Работа ЭВМ, как и любого цифрового устройства, заключается в обработке исходных данных по заданному алгоритму. Под алгоритмом работы цифрового устройства понимается набор последовательно выполняемых действий по обработке исходных данных с целью получения требуемого результата. В ЭВМ алгоритм реализуется при выполнении программы, хранимой в памяти в виде последовательности команд.
Выполнение любой команды начинается с чтения кода этой команды из запоминающего устройства. Для этого процессорный модуль устанавливает на шине адреса код адреса ячейки памяти, в который записан код команды и выдает на соответствующую линию шины управления сигнал RDM. В результате код команды выдается из ячейки памяти на шину данных и считывается процессорным модулем. МП дешифрирует код операции команды, определяет какие действия ему необходимо выполнить и переходит к исполнению команды. Во время выполнения команды МП может обращаться к памяти для чтения или записи данных, к порту ввода для ввода исходных данных, к порту вывода для вывода полученных результатов.
Читайте также: Дорама пак шин хе дерзкая русской озвучкой
После окончания выполнения текущей команды МП переходит к выполнению очередной команды, т.е. обращается к ячейке памяти, где хранится код следующей команды.
Видео:Лекция 1 | Архитектура ЭВМ и основы ОС | Кирилл Кринкин | CSC | ЛекториумСкачать
Структура ЭВМ на основе множества шин
Структура ЭВМ на основе общей шины
При организации ЭВМ на основе общей шины (ОШ) взаимодействие между ее устройствами осуществляется через общую шину, к которой подключены все устройства, входящие в состав ЭВМ.
Рисунок 1.4.2- Структура ЭВМ на основе ОШ
Взаимодействие между всеми устройствами ЭВМ осуществляется в режиме разделения времени общей шины (т.е. поочередно). Общая шина не обеспечивает высокой пропускной способности, что ограничивает число подключаемых устройств и общую производительность ЭВМ. Однако простота реализации обеспечили широкое использование такой структуры в ранних мини-ЭВМ и персональных компьютерах, а также в контроллерах — небольших специализированных микропроцессорных системах, предназначенных для управления производственными и бытовыми устройствами и приборами.
По такому принципу построены современные компьютеры. На рисунке 1.4.3.1 показана 2-х шинная структура ЭВМ, в которой выделена одна шина для памяти, а вторая шина используется для подключения устройств ввода- вывода.
1.4.3.1 — Структура ЭВМ на основе множества шин
Поскольку общая шина работает на частоте самого медленного устройства, подключённого к ней, а память и периферийные устройства значительно отличаются скоростными характеристиками (быстродействие памяти намного выше быстродействия УВВ и ВЗУ), поэтому разделение шин является логичным. При 2-х шинной организации низкоскоростные устройства не ограничивают скорость обмена высокоскоростных устройств, при этом шина памяти должна обладать более высокой пропускной способностью, чем шина ввода- вывода.
В некоторых компьютерах число шин достигает трех и даже более, причем они образуют иерархию. Одна шина выделяется для низкоскоростных устройств типа принтеров, модемов, другая шина, более скоростная, для высокоскоростных периферийных устройств типа магнитных и оптических дисков, графических адаптеров, и третья шина, наиболее быстродействующая, используется для взаимодействия процессора с памятью. На вершине иерархии находится шина памяти, к которой через блок сопряжения (мост) подключают высокоскоростную периферийную шину, к которой, в свою очередь, через другой мост подключают шину ввода-вывода. Подобную архитектуру ЭВМ называют мезанинной (т.е. с надстройкой). Она характерна для большинства современных ЭВМ, в том числе и компьютеров на основе процессоров Pentium.
В больших машинах для организации ввода — вывода используются специализированные процессоры, которые часто называют каналами ввода-вывода (см. рисунок 1.4.3.2).
Рисунок 1.4.3.2- Структура ЭВМ на основе каналов ввода-вывода
Каналы получают команды и параметры ввода- вывода от центрального процессора, после чего работают с периферийными устройствами самостоятельно. Процессор в это время может выполнять программы пользователя, обращаясь к памяти по высокоскоростной шине. Таким образом, достигается параллельная работа процессора и периферийных устройств. Каналы ввода-вывода имеют собственные шины для подключения к основной памяти. При такой организации ЭВМ ОП должна быть либо многовходовой, либо иметь необходимые коммутаторы для подключения множества устройств.
В многомашинных и многопроцессорных системах применяют другие более высокоскоростные коммуникационные схемы для объединения процессоров, памяти и периферии.
1.5 Контрольные вопросы
Назовите основные этапы развития ЭВМ.
По каким признакам различают поколения ЭВМ?
Дайте определения быстродействия и производительности ЭВМ.
Расшифруйте термины MIPS и MFLOPS.
Какое назначение ОП и УВВ в ЭВМ?
По каким признакам классифицируются ЭВМ?
В чем различие структур ЭВМ на основе множества шин и общей шины?
В чем различие структур ЭВМ на основе множества шин и каналов ввода-вывода?
Каково назначение процессора в ЭВМ?
Перечислите достоинства ЭВМ на основе множества шин.
Недостатки ЭВМ на основе общей шины?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
- Свежие записи
- Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
- Скрипят амортизаторы на машине что делать
- Из чего состоит стойка амортизатора передняя
- Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
- Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
- Правообладателям
- Политика конфиденциальности
Автоподбор © 2023
Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер🔥 Видео
Базовая архитектура и структура ЭВМСкачать
Архитектура ЭВМ. Лекция 1: Типы архитектур. Комбинационная и последовательная логика.Скачать
Трехшинная архитектура ЭВМСкачать
Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!Скачать
Базовая архитектура и структура ЭВМСкачать
КАК работает ПРОЦЕССОР? ОБЪЯСНЯЕМСкачать
Архитектура ЭВМ. Лекция 4: Однотактный процессор: тракт данных, ветвлениеСкачать
Архитектура ЭВМ. Лекция 3: Кодирование и тип инструкций процессора.Скачать
Архитектура ЭВМ. Лекция 2: АЛУ. Устройство памятиСкачать
Принципы фон НейманаСкачать
Базовая архитектура и структура ЭВМСкачать
