Виды архитектуры Персонального компьютера

1.

Виды архитектуры Персонального
компьютера.
Репкин Т.О

2.

Цель работы
Узнать о видах Архитектуры пк.
Задачи
Рассмотреть Архитектуру Фон Неймана и Гарвардскую
архитектуру.

3.

Архитектура Фон Неймана.
Широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти
компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина
фон Неймана», однако, соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае,
когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение
процессорного модуля от устройств хранения программ и данных. Нейману удалось
обобщить научные разработки и открытия многих других ученых и сформулировать на их
основе принципы этого подхода:

4.

•Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Преимущество перед
десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать
достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления
также выполняются достаточно просто.
•Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора
команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в
памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием.
•Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и
команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи
одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же
действия, что и над данными.
•Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент
можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность
использовать переменные в программировании.
•Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Не смотря на то, что
команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность
перехода к любому участку кода.

5.

Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не
была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно
легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.
В соответствии с принципами фон Неймана компьютер состоит из арифметико-логического
устройства — АЛУ (англ. ALU, Arithmetic and Logic Unit), выполняющего арифметические и
логические операции; устройства управления, предназначенного для организации выполнения
программ; запоминающих устройств (ЗУ), в т.ч. оперативного запоминающего устройства (ОЗУ)
и внешнего запоминающего устройства (ВЗУ); внешних устройств для ввода-вывода данных.
Программы и данные вводятся в память из устройства ввода через арифметико-логическое
устройство. Все команды программы записываются в соседние ячейки памяти, а данные для
обработки могут содержаться в произвольных ячейках. У любой программы последняя команда
должна быть командой завершения работы.
Команда состоит из указания, какую операцию следует выполнить (из возможных операций на
данном «железе») и адресов ячеек памяти, где хранятся данные, над которыми следует
выполнить указанную операцию, а также адреса ячейки, куда следует записать результат (если
его требуется сохранить в ЗУ).

6.

Из арифметико-логического устройства результаты выводятся в память или устройство вывода.
Принципиальное различие между ЗУ и устройством вывода заключается в том, что в ЗУ данные хранятся
в виде, удобном для обработки компьютером, а на устройства вывода (принтер, монитор и др.) поступают
так, как удобно человеку. УУ управляет всеми частями компьютера. От управляющего устройства на
другие устройства поступают сигналы «что делать», а от других устройств УУ получает информацию об
их состоянии.
Управляющее устройство содержит специальный регистр (ячейку), который называется «счетчик
команд». После загрузки программы и данных в память в счетчик команд записывается адрес первой
команды программы. УУ считывает из памяти содержимое ячейки памяти, адрес которой находится в
счетчике команд, и помещает его в специальное устройство — «Регистр команд». УУ определяет операцию
команды, «отмечает» в памяти данные, адреса которых указаны в команде, и контролирует выполнение
команды. Операцию выполняет АЛУ или аппаратные средства компьютера.
В результате выполнения любой команды счетчик команд изменяется на единицу и, следовательно,
указывает на следующую команду программы. Когда требуется выполнить команду, не следующую по
порядку за текущей, а отстоящую от данной на какое-то количество адресов, то специальная команда
перехода содержит адрес ячейки, куда требуется передать управление.

7.

Гарвардская архитектура.
Гарвардская архитектура была разработана Говардом Эйкеном в
конце 1930-х годов в Гарвардском университете с целью увеличить
скорость выполнения вычислительных операций и оптимизировать
работу памяти. Она характеризуется физическим разделением
памяти команд (программ) и памяти данных. В ее оригинальном
варианте использовался также отдельный стек для хранения
содержимого программного счетчика, который обеспечивал
возможности выполнения вложенных подпрограмм. Каждая
память соединяется с процессором отдельной шиной, что
позволяет одновременно с чтением-записью данных при выполнении
текущей команды производить выборку и декодирование
следующей команды. Благодаря такому разделению потоков команд
и данных и совмещению операций их выборки реализуется более
высокая производительность, чем при использовании Принстонской
архитектуры.

8.

Недостатки Гарвардской архитектуры связаны с необходимостью проведения большего числа шин,
а также с фиксированным объемом памяти, выделенной для команд и данных, назначение которой
не может оперативно перераспределяться в соответствии с требованиями решаемой задачи.
Поэтому приходится использовать память большего объема, коэффициент использования которой
при решении разнообразных задач оказывается более низким, чем в системах с Принстонской
архитектурой. Однако развитие микроэлектронной технологии позволило в значительной степени
преодолеть указанные недостатки, поэтому Гарвардская архитектура широко применяется во
внутренней структуре современных высокопроизводительных микропроцессоров, где используется
отдельная кэш-память для хранения команд и данных. В то же время во внешней структуре
большинства микропроцессорных систем реализуются принципы Принстонской архитектуры.[

9.

Массивно-параллельная архитектура.
(англ. Massive Parallel Processing, MPP) — класс архитектур параллельных вычислительных
систем Особенность архитектуры состоит в том, что память физически разделена.
Система строится из отдельных модулей, содержащих процессор, локальный банк
операционной памяти, коммуникационные процессоры или сетевые адаптеры, иногда —
жесткие диски и/или другие устройства ввода/вывода. Доступ к банку операционной памяти
из данного модуля имеют только процессоры из этого же модуля. Модули соединяются
специальными коммуникационными каналами. в отличие от SMP-систем, в машинах с
раздельной памятью каждый процессор имеет доступ только к своей локальной памяти, в
связи с чем не возникает необходимости в потактовой синхронизации процессоров..

10.

Распределённые вычисления.
метакомпьютинг (англ. grid — сеть) - способ решения трудоёмких вычислительных
задач с использованием нескольких компьютеров, объединённых в параллельную
вычислительную систему (одновременное решения различных частей одной
вычислительной задачи несколькими процессорами (или ядрами одного процессора)
одного или нескольких компьютеров)
Закрытая архитектура.
это архитектура, спецификации которой не опубликованы, либо в них
не предусмотрено подключение устройств и дополнительных плат.

11.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИИЕ!!!