Архитектура компьютерных систем.

Дисциплина, которая определяет концептуальную структуру и функциональное поведение компьютерных систем. Она аналогична архитектуре здания, определяющую общую организацию, атрибутов компонентов, и эти части вместе взятые. Архитектура похожа, но отличается от компьютерной реализации. Архитектура состоит из тех характеристик, которые влияют на проектирование и разработку программного обеспечения, в то время как реализация направлена ​​на те характеристики, которые определяют относительную стоимость и производительность системы. Основная цель архитектора долго производить компьютер, который как быстрый, так и доступный в определенных пределах стоимости. На протяжении многих лет, появились другие цели, которые были добавлены, такие, как сделать простым запуск нескольких программ одновременно или повышение производительности программ, написанных на языках высокого уровня.

Компьютерная система состоит из четырех основных компонентов (см. рисунок): хранение, процессор, периферийные устройства и устройства ввода / вывода (коммуникации). Системы хранения данных используется для хранения данных и программ; процессор устройства - управляет работой системы и выполняет различные расчеты, периферийные устройства используются для связи с внешним миром, и система ввода / вывода позволяет предыдущим компонентам взаимодействовать друг с другом.

Обзор компьютерных систем. Хранилище состоит из регистров, оперативной памяти, и вторичной памяти. Пунктирные линии показывают устройства ввода / вывода.

Хранение

Хранение или память компьютера хранит данные о том, что компьютер будет обрабатывать и инструкции, которые указывают на то, что обработка будет сделана. В цифровом компьютере, они хранятся в форме, известной как двоичная, а это значит, что каждый нуль или инструкция представляет собой последовательность битов. Биты концептуально объединены в более крупные единицы, называемые байт (обычно 8 бит) и слов (обычно от 8 до 64 бит каждый). Компьютер, как правило, имеют несколько различных видов устройств хранения данных, каждый организованный провести одно или несколько слов данных. Эти типы включают регистры, оперативную память, и вторичную или внешнюю память.

Регистры являются самыми быстрыми и самыми дорогостоящими единицами хранения на компьютере. Как правило, содержащиеся в блоке обработки, регистры хранения данных, которые связаны с вычислением в настоящее время выполняются.

Оперативная память содержит данные для обработки и инструкции, которые определяют то, что обработка будет сделана. Основная цель архитектора компьютера увеличить эффективную скорость и размер системной памяти, не вызывая значительное снижение стоимости. Два распространенных метода для повышения эффективной скорости чередования и кэширование: виртуальная память является популярным способом увеличения эффективного размера. Чередование предполагает использование двух или более независимых систем памяти в сочетании, таким образом, это делает их как одно целое, и быстрее систему. кэширование, маленькой, быстрой памяти содержит наиболее часто используемых слов медленнее, больше оперативной памяти.

Виртуальная память представляет собой метод, которым программист получает иллюзию очень большой оперативной памяти, хотя на самом деле он имеет только скромный размер. Это достигается за счет размещения большого содержимого, "виртуальная" память это большое, но медленное вспомогательное устройство хранения данных, и приведение его части в основную память, в соответствии с требованиями программы, таким образом, это является невидимым для программиста.

Вспомогательная память (иногда называемая вторичная память) является самым медленным, низкая стоимость и высокая емкость область памяти ЭВМ. Программы и данные хранятся в памяти, когда вспомогательная не в непосредственном использовании, так что вспомогательная память, по существу длительного хранения среды. Есть два основных типа вторичного хранения данных: последовательного и прямого доступа. Последовательный доступ вторичных устройств хранения данных, из которых магнитная лента является наиболее распространенным, разрешает доступ к данным в линейной последовательности. Прямой доступ к устройству является тот, чьи данные могут быть доступны в любом порядке. Диски и барабаны наиболее часто встречаются среди устройств этого типа.

Отображение память является одним из важнейших аспектов современного дизайна памяти компьютера. Для того чтобы понять ее функции, должно быть рассмотрено понятие адресного пространства. Когда программа находится в оперативной памяти компьютера, существует множество ячеек памяти присваиваемые программе и ее данным. Это известно как логическое адресное пространство программы. Физическое адресное пространство компьютера есть множество ячеек памяти на самом деле содержищся в основной памяти. Отображение памяти просто метод, с помощью которого компьютер переводит между логическими и физическими пространствами адрес компьютера. Наиболее простая схема отображения предусматривает использование смещения регистра. Назначение другого значения смещения для каждой программы в памяти позволяет программам сосуществовать без помех.

Еще одна стратегия для отображения известна как подкачки. Этот метод предполагает деление физических и логических адресных пространств в виде одинаковых по размеру блокам, называемые страницами. Сопоставление осуществляется с помощью карты страницы, которую можно рассматривать как серию смещений регистров. Обработка

Процессор компьютера (процессор) состоит из блока управления, который направляет работу системы, а также арифметические и логические устройства, которые выполняют вычислительные операции. Конструкция блока обработки включает в себя набор регистров, каналов связи между этими регистрами, а также средства управления и контроля, как они работают. Как правило, процессор направляет программы, которые состоят из ряда инструкций, которые хранятся в оперативной памяти.

Хотя процесс декодирования и исполнения инструкций часто осуществляется с помощью логических схем, сложность наборов инструкций может привести к очень большой и громоздкой схеме для этой цели. Чтобы решить эту проблему, нашли метод, известный как микропрограммирование. С микропрограммированием, каждая команда на самом деле макрокоманда которая осуществляет микропрограммы, написанные в микрокомандном языке. Микрокоманды очень просто, направляя данные течь между регистрами, логическими и арифметическими устройствами.

Следует отметить, что микропрограммирование не имеет ничего общего с микропроцессорами. Микропроцессор процессора осуществляется через единую цепь с высокой степенью интеграции.

Дата добавления: 2015-10-26