2. Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ

1. Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ

1
03.01.2026 16:45

2. Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ

Архитектура ЭВМ – это совокупность общих принципов
организации аппаратно-программных средств и их
основных характеристик, определяющая функциональные
возможности ЭВМ при решении соответствующих типов
задач.
Перечень наиболее общих принципов построения ЭВМ,
которые относятся к архитектуре:
1. Структура памяти ЭВМ.
2. Способы доступа к памяти и внешним устройствам.
3. Возможность изменения конфигурации компьютера.
4. Система команд.
5. Форматы данных.
6. Организация интерфейса.
2
03.01.2026 16:45

3. Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ

Архитектура вычислительной машины (англ. сomputer
architecture) – концептуальная структура вычислительной
машины, определяющая проведение обработки
информации и включающая методы преобразования
информации в данные и принципы взаимодействия
технических средств и программного обеспечения.
3
03.01.2026 16:45

4. Схематичное изображение машины фон Неймана

Стрелки указывают направление обмена.
Символом "У" отмечены управляющие связи между процессором и остальными
узлами ЭВМ.
4
03.01.2026 16:45

5. Принципы функционирования вычислительной машины, предложенные Джоном фон Нейманом

1.
2.
3.
4.
5
ЭВМ состоит из процессора, памяти и внешних устройств.
Единственным источником активности (не считая стартового
и аварийного вмешательства человека-оператора) в ЭВМ
является процессор, который в свою очередь, управляется
программой, находящейся в памяти ЭВМ.
Память состоит из ячеек, имеющих каждая свой адрес. Каждая
ячейка хранит команду программы или некоторую единицу
обрабатываемой информации: причем и команда и
информация выглядят одинаково (машинное слово).
В любой момент процессор выполняет одну команду
программы, адрес которой находится в специальном регистре
процессора – счетчике команд.
03.01.2026 16:45

6.

Обработка информации происходит только в регистрах
процессора. Информацию в процессор можно ввести из любой
ячейки памяти или внешнего устройства и, наоборот, можно
направить из процессора в любую ячейку или на внешнее
устройство.
6.
В каждой команде программы зашифрованы следующие
предписания:
а) из каких ячеек памяти взять обрабатываемую информацию;
б) какие совершить операции с взятой информацией;
в) в какие ячейки памяти направить полученную информацию;
г) как изменить содержимое счетчика команд, чтобы знать,
откуда взять следующую команду.
7. Процессор исполняет программу команда за командой в
соответствии с содержимым счетчика команд и расположением
команд в памяти, пока не получит команду остановиться.
5.
6
03.01.2026 16:45

7.

Устройство управления и арифметико-логическое
устройство в современных компьютерах объединены в
один блок - процессор, являющийся преобразователем
информации, поступающей из памяти и внешних
устройств.
Сюда относятся выборка команд из памяти,
кодирование и декодирование, выполнение различных
(в том числе и арифметических) операций, согласование
работы узлов компьютера.
7
03.01.2026 16:45

8.

В построенной по описанной схеме ЭВМ происходит
последовательное считывание команд из памяти и их
выполнение.
Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой
будет извлечена следующая команда программы,
указывается специальным устройством - счетчиком
команд в УУ. Его наличие также является одним из
характерных признаков рассматриваемой архитектуры.
8
03.01.2026 16:45

9. Архитектура ЭВМ

Архитектуры ЭВМ в основном определяются технической базой,
используемой при реализации элементов ЭВМ и производительностью
машины.
По типу технической базы для элементов выделяют несколько поколений
ЭВМ:
1. Ламповые схемы.
2. Полупроводниковые схемы.
3. Интегральные схемы (ИС).
4. Большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС).
По производительности машины подразделяются на:
1. Вычислительные системы (многопроцессорные ЭВМ).
2. Большие ЭВМ или мейнфреймы с многопользовательским режимом
работы.
3. Малые ЭВМ, применяемые для автоматизации технологических
процессов.
4. Персональные компьютеры (ПК).
9
03.01.2026 16:45

10. Методы классификации компьютеров

10
03.01.2026 16:45

11. Методы классификации компьютеров

по производительности и быстродействию;
по назначению;
по уровню специализации;
по типу процессора;
по особенностям архитектуры;
по размерам.
11
03.01.2026 16:45

12. Классификация по назначению

В зависимости от набора решаемых задач, на основании
которых формируются требования к характеристикам,
компьютеры делят на:
персональные компьютеры;
рабочие станции;
серверы;
мэйнфреймы;
суперкомпьютеры (кластерные архитектуры).
12
03.01.2026 16:45

13. Персональный компьютер

Персональный компьютер (ПК) – предназначен для удовлетворения
потребностей одного пользователя и представляет собой комплекс
взаимосвязанных устройств, каждое из которых выполняет определенные
функции. Персональные компьютеры условно можно разделить на
профессиональные и бытовые (домашнего использования).
Характерным для ПК являются:
ориентация на широкое применение и наличие некоторого набора
стандартных технических средств со средними значениями характеристик,
которые могут быть существенно улучшены по желанию пользователя;
автономное использование ПК и, как следствие, обязательное наличие у
каждого компьютера средств ввода и отображения информации, таких как:
клавиатура, мышь, монитор, принтер и др, характерных для решаемых задач;
индивидуальное использование ресурсов ПК и незначительное использование
ресурсов других компьютеров при наличии подключения к информационной
сети, например, Internet.
работа под управлением, как минимум, не сетевой операционной системы
13
03.01.2026 16:45

14. Рабочая станция

Рабочая станция (англ. Workstation) – комплекс технических и
программных средств, предназначенных для решения определенного
круга задач.
Рабочая станция – как место работы специалиста представляет собой
полноценный компьютер или компьютерный терминал (устройство
ввода / вывода информации, часто отдаленные от управляющего
компьютера), набор необходимого программного обеспечения, при
необходимости может дополняться вспомогательным оборудованием:
принтер, внешнее устройство хранения данных на магнитных и / или
оптических носителях, сканер штрих-кода и др.
Рабочая станция – компьютер в составе локальной вычислительной
сети относительно сервера. Компьютеры в локальной сети
подразделяются на рабочие станции и серверы. На рабочих станциях
пользователи решают прикладные задачи (работают в базах данных,
создают документы, выполняют расчеты). Сервер обслуживает сеть и
предоставляет собственные ресурсы всем узлам сети, в том числе и
рабочим станциям.
14
03.01.2026 16:45

15. Сервер

Сервер (server) – компьютер, предназначенный для предоставления своих
информационных и расчетных ресурсов в общее пользование. Он обслуживает
запросы от рабочих станций или ПК.
Серверы делятся:
Сервер (программное обеспечение) – программное обеспечение, принимает
запросы от клиентов, т.е. программный компонент вычислительной системы.
Сервер (аппаратное обеспечение) – компьютер (или специальное
компьютерное оборудование), выделенный и / или специализированный для
выполнения определенных сервисных функций.
Характерным для сервера являются:
работа под управлением сетевой операционной системы;
наличие сетевых карт, обеспечивающих требуемые скорости и объемы обмена
данными;
наличие быстродействующего процессора или нескольких – от двух до
нескольких десятков и сотен – процессоров для обеспечения необходимой
вычислительной мощности;
высокие требования к объему оперативной и внешней памяти;
применение устройств бесперебойного питания;
невысокие требования к устройствам ввода и визуального отображения
информации для управления сервером и даже, возможно, частичная или
полное их отсутствие.
15
03.01.2026 16:45

16. Мэйнфрейм

Мэйнфрейм (mainframe) – высокоэффективная вычислительная машина с повышенным
размером оперативной памяти и жесткого диска, способна делать множество сложных
вычислений одновременно и непрерывно в течение длительного времени. Основная сфера
использования мэйнфреймов – коммерческие организации, центры научных исследований.
Для мэйнфреймов характерны следующие особенности:
дублирования: резервные процессоры; запасные микросхемы памяти; альтернативные
пути доступа к периферийным устройствам.
целостность данных: в мэйнфреймах используется память, исправляет ошибки. Ошибки
не приводят к разрушению данных в памяти, или данных, ожидающих устройства вводавывода информации.
рабочую нагрузку мэйнфреймов может составлять 80-95% от их пиковой
производительности;
пропускная способность подсистемы ввода-вывода мэйнфреймов разработана так,
чтобы работать в среде с высоким рабочим нагрузкам на ввод-вывод;
доступ к данным: поскольку данные хранятся на одном сервере, приложения не требуют
сбора исходной информации из множества источников, не нужно дополнительное
дисковое пространство для их временного хранения;
требуется небольшое количество необходимых физических серверов и довольно
простое программное обеспечение.
использования дискового пространства: пропускная способность ввода-вывода
достаточная для загрузки процессора.
16
03.01.2026 16:45

17. Суперкомпьютер

Суперкомпьютер (кластерная архитектура) –
вычислительная машина, значительно превосходит по своим
техническим параметрам большинство существующих
компьютеров.
Современные суперкомпьютеры – это большое количество
высокопроизводительных серверных компьютеров,
соединенных друг с другом локальной высокоскоростной
магистралью. Таким образом, большинство
суперкомпьютеров – это кластерные архитектуры.
Суперкомпьютеры – это машины, которые находятся сегодня
на пике доступных вычислительных мощностей, особенно в
области операций с числами. Суперкомпьютеры
используются для научных и инженерных задач
(высокопроизводительные вычисления, например, в области
метеорологии или моделирования ядерных процессов)
17
03.01.2026 16:45

18. Классификация по уровню специализации

По уровню специализации компьютеры делят на
универсальные и специализированные.
На базе универсальных компьютеров можно собирать
вычислительные системы произвольного состава (состав
компьютерной системы называется конфигурацией). Так,
например, один и тот же персональный компьютер можно
использовать для работы с текстами, музыкой, графикой,
фото- и видеоматериалами.
Специализированные компьютеры предназначены для
решения конкретного круга задач. К таким компьютерам
относятся, например, бортовые компьютеры автомобилей,
судов, самолетов, космических аппаратов.
18
03.01.2026 16:45

19. Классификация по типоразмерам

Персональные компьютеры можно классифицировать по
типоразмерам: настольные (desktop), портативные
(notebook) и карманные (palmtop) модели.
Настольные модели распространены наиболее широко.
Они являются принадлежностью рабочего места. Эти
модели отличаются простотой изменения конфигурации за
счет несложного подключения дополнительных внешних
приборов или установки дополнительных внутренних
компонентов.
Портативные модели удобны для транспортировки. С
портативным компьютером можно работать при отсутствии
рабочего места. Особая привлекательность портативных
компьютеров связана с тем, что их можно использовать в
качестве средства связи.
19
03.01.2026 16:45

20.

Карманные модели выполняют функции
«интеллектуальных записных книжек». Они
позволяют хранить оперативные данные и получать к
ним быстрый доступ. Некоторые карманные модели
имеют жестко встроенное программное обеспечение,
что облегчает непосредственную работу, но снижает
гибкость в выборе прикладных программ.
Мобильные вычислительные устройства сочетают в
себе функции карманных моделей компьютеров и
средств мобильной связи.
20
03.01.2026 16:45

21. Классификация по совместимости

Важным вопросом становится совместимость
различных компьютеров между собой.
От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и
приборов, предназначенных для разных компьютеров,
возможность переноса программ с одного компьютера
на другой и возможность совместной работы разных
типов компьютеров с одними и теми же данными.
21
03.01.2026 16:45

22.

Аппаратная совместимость.
По аппаратной совместимости различают аппаратные
платформы.
В области персональных компьютеров сегодня наиболее
широко распространены две аппаратные платформы —
IBM PC и Apple Macintosh.
Кроме них существуют и другие платформы,
распространенность которых ограничивается отдельными
регионами или отдельными отраслями. Принадлежность
компьютеров к одной аппаратной платформе повышает
совместимость между ними, а принадлежность к разным
платформам — понижает.
Совместимость на уровне операционной системы.
Программная совместимость.
Совместимость на уровне данных.
22
03.01.2026 16:45

23. Классификация по типу используемого процессора

Процессор — основной компонент любого компьютера.
В электронно-вычислительных машинах это
специальный блок, а в персональных компьютерах —
специальная микросхема, которая выполняет все
вычисления в компьютере.
Даже если компьютеры принадлежат одной аппаратной
платформе, они могут различаться по типу
используемого процессора. Тип используемого
процессора в значительной (хотя и не в полной) мере
характеризует технические свойства компьютера.
23
03.01.2026 16:45