3 Структурная организация ЭВМ

3.1 Понятие структурной организации ЭВМ

Известно, что система строится из элементов путем их соединения по некоторой схеме. Объединение элементов в систему приводит к появлению у системы новых качеств, новых свойств, которых нет ни у одного из элементов системы. Объединение осуществляется путём целенаправленного упорядочения (аранжировки), целью которого является получение новых свойств. Появление новых качеств и является результатом принципа организации.

Под структурной организацией систем (ЭВМ – в частности) понимается принцип, в соответствии с которым осуществляется объединение элементов в систему для достижения некоторой заданной цели.

В первой главе один такой принцип мы уже рассматривали – это принцип программного управления, из которого следует, что функцией ЭВМ является реализация вычислений на основе программы, загруженной в память ЭВМ. Для реализации этой функции необходимы известные устройства: процессор, память, УВв и УВыв, связь которых друг с другом очевидна (рис. 1.1 - структура простейшей ЭВМ). В результате  объединения устройств (элементов) в систему у ЭВМ появляется новое свойство – решать задачи на основе программ без участия человека.

Под структурной организацией ЭВМ понимается набор правил, приёмов, с помощью которых осуществляется переход от функции системы к её структуре, реализующей эти функции.

Под структурой системы (ЭВМ - в частности) понимают набор элементов (устройств - в частности), объединённых в единую систему посредством связей между элементами. Или, другими словами, структура системы - это набор элементов и связей между ними. Структуру системы изображают схемой соединений её элементов.

На верхнем уровне иерархии описаний ЭВМ в качестве элементов системы выступают устройства ЭВМ. Структура ЭВМ определяет из каких устройств ЭВМ состоит и как устройства связаны и взаимодействуют друг с другом. Основным средством связи (сопряжения) элементов в единое целое является интерфейс - своеобразный элемент структуры.

Устройства ЭВМ, как элементы структуры, (кроме интерфейсов) принято задавать описанием их входов и выходов, а также перечнем F реализуемых элементом функций (или явным описанием алгоритма функционирования элемента). В общем случае элемент структуры графически представляется в виде: ВХ →    → ВЫХ. Например, АЛУ как элемент структуры имеет вид:

Функция АЛУ задается набором (списком) операций F_АЛУ={f_{1, … ,} f_G}.

Для изображения структур используются различного рода схемы (ECKД, ГОСТ 2.702): структурные, функциональные, принципиальные и др.

Структурная схема отображает схему ЭВМ на уровне устройств: процессоров, ЗУ, УВВ и др. Пример: структурная схема ЭВМ на основе единого интерфейса – общей шины ОШ (рисунок 3.1). Элементы структурных схем обозначают либо прямоугольником, либо используют специальные фигуры – условные графические обозначения (УГО):

-на уровне структурных схем (Э1) используются УГО, представленные на рис. 3.1;

-на уровне функциональных схем (Э2) в качестве элементов используются известные функциональные узлы, которые обозначаются либо в виде прямоугольников, либо в виде УГО. УГО для комбинационных схем:

DC - для дешифраторов, CD - для шифраторов, SUM - для сумматоров, R - для регистров, SR - для регистров сдвига.

- на уровне принципиальных схем (Э3) используются УГО для логических и других элементов.

Р и с. 3.1 - Структурная схема ЭВМ на основе единого интерфейса – общей шины ОШ