УДОСКОНАЛЕННЯ І РОЗВИТОК ВНУТРІШНЬОЇ

 СТРУКТУРИ ЕОМ

 
 

 

    У попередньому розділі була описана класична структура ЕОМ, відповідна обчислювальним машинам першого і другого поколінь. Природно, що в результаті бурхливого розвитку технології виробництва засобів обчислювальної техніки така структура не могла не зазнати певних прогресивних змін.

 

                                     

     Як зазначалося вище, поява третього покоління ЕОМ було обумовлено переходом від транзисторів до інтегральних мікросхем. Значні успіхи у мініатюризації електронних схем не лише сприяли зменшенню розмірів базових функціональних вузлів ЕОМ, а й створили передумови для істотного зростання швидкодії процесора. Виникло істотне протиріччя між високою швидкістю обробки інформації всередині машини і повільною роботою пристроїв введення-виведення, в більшості своїй містять механічно рухаються. Процесор, що керував роботою зовнішніх пристроїв, значну частину часу був би змушений простоювати в очікуванні інформації «з зовнішнього світу », що суттєво знижувало б ефективність роботи всієї ЕОМ в цілому. Для вирішення цієї проблеми виникла тенденція до звільнення центрального процесора від функцій обміну і до передачі їх спеціальним електронним схемами управління роботою зовнішніх пристроїв. Такі схеми мали різні назви: канали обміну, процесори введення-виведення, периферійні процесори. Останнім часом все частіше використовується термін «контролер зовнішнього пристрої» (або просто контролер).

     Наявність інтелектуальних контролерів зовнішніх пристроїв стало важливою відмінною рисою машин третього і четвертого поколінь.

 

                             

      Контролер можна розглядати як спеціалізований процесор, що керує роботою «ввіреного йому» зовнішнього пристрою по спеціальним вбудованим програмам обміну. Такий процесор має власну систему команд. Наприклад, контролер накопичувача на гнучких магнітних дисках (дисковода) вміє позиціонувати голівку на потрібну доріжку диска, читати або записувати сектор, форматувати доріжку і т.п. Результати виконання кожної операції заносяться у внутрішні регістри пам'яті контролера і можуть бути в подальшому прочитані центральним процесором.

      Таким чином, наявність інтелектуальних зовнішніх пристроїв може істотно змінювати ідеологію обміну. Центральний процесор при необхідності зробити обмін видає завдання на його здійснення контролеру. Подальший обмін інформацією може протікати під керівництвом контролера без участі центрального процесора. Останній отримує можливість «займатися своєю справою», тобто виконувати програму далі (якщо по даній задачі до завершення обміну нічого зробити не можна, то можна в цей час вирішувати іншу).

      Перейдемо тепер до обговорення питання про внутрішню структуру комп'ютера, яка містить інтелектуальні контролери, зображеної на рис. 3.1. З малюнка видно, що для зв'язку між окремими функціональними вузлами ЕОМ використовується загальна шина (часто її називають магістраллю). Шина складається з трьох частин:

шина даних, по якій передається інформація;

шина адреси, яка визначає, куди передаються дані;

шина управління, що регулює процес обміну інформацією.

      Існують моделі комп'ютерів, у яких шини даних і адреси для економії об'єднані. У таких машин спочатку на шину виставляється адреса, а потім через деякий час дані; для якої саме мети використовується шина в даний момент, визначається сигналами на шині керування.

                                         

      Описану схему легко поповнювати новими пристроями - це властивість називають відкритістю архітектури. Для користувача відкрита архітектура означає можливість вільно вибирати склад зовнішніх пристроїв для свого комп'ютера, тобто конфігурувати його в залежності від кола вирішуваних завдань.

      На рис. 3.1 представлений новий у порівнянні вид пам'яті - відео - ОЗП (відео пам'ять). Його поява пов'язана з розробкою особливого пристрою виводу - екран. Основною частиною дисплея служить електронно-променева трубка, яка відображає інформацію приблизно так само, як це відбувається в телевізорі (до деяких дешевим домашнім моделям комп'ютерів просто підключається звичайний телевізор). Очевидно, що дисплей, не маючи механічно рухомих частин, є «дуже швидким" пристроєм відображення інформації. Тому для ЕОМ третього і четвертого поколінь він є невід'ємною частиною (хоча вперше дисплей був реалізований на деяких ЕОМ другого покоління, наприклад, на «МИР-2» - дуже цікавою у багатьох відношеннях вітчизняної розробці).

                                            Малюнок 3.1 - Шинна архітектура ЕОМ

     Для отримання на екрані монітора стабільної картинки її треба десь зберігати. Для цього й існує відеопам'ять. Спочатку вміст відеопам'яті формується комп'ютером, а потім контролер дисплея виводить зображення на екран. Обсяг відеопам'яті істотно залежить від характеру інформації (текстова або графічна) і від кількості кольорів зображення. Конструктивно вона може бути виконана як звичайне ОЗУ або міститися безпосередньо в контролері дисплея (саме тому на малюнку 3.1 вона показана пунктиром).

      Зупинимося ще на одній важливій особливості структури сучасних ЕОМ. Оскільки процесор тепер перестав бути центром конструкції, стало можливим реалізовувати прямі зв'язки між пристроями ЕОМ. На практиці найчастіше використовують передачу даних із зовнішніх пристроїв в ОЗУ і навпаки. Режим, при якому зовнішнє обмінюється безпосередньо з основною памяттю без участі центрального процесора, називається прямим доступом до пам'яті (ПДП). Для його реалізації необхідний спеціальний контролер. Підкреслимо, що режим ПДП в машинах першого і другого поколінь не існував. Тому що іноді зустрічається схема ЕОМ, на якій дані з пристроїв введення безпосередньо надходять в ОЗУ, не відповідає дійсності: дані за відсутності контролера ПДП завжди, спочатку приймаються у внутрішні регістри процесора і лише потім в пам'ять.

     При описі магістральної структури ми спрощено припускали, що всі пристрої взаємодіють через загальну шину. З точки зору архітектури цього цілком достатньо. Згадаємо все ж, що на практиці така структура застосовується тільки для ЕОМ з невеликим числом зовнішніх пристроїв. При збільшенні потоків інформації між пристроями ЕОМ єдина магістраль перевантажується, що істотно гальмує роботу комп'ютера. Тому до складу ЕОМ можуть вводитися одна або кілька додаткових шин. Наприклад, одна шина може використовуватися для обміну з пам'яттю, друга - для зв'язку з «швидкими», а третя - з «повільними» зовнішніми пристроями. Відзначимо, що високошвидкісна шина даних ОЗУ обов'язково потрібно при наявності режиму ПДП.

                                                                 

      Завершуючи обговорення особливостей внутрішньої структури сучасних ЕОМ, зазначимо кілька характерних тенденцій в її розвитку. По-перше, постійно розширюється і вдосконалюється набір зовнішніх пристроїв, що призводить, як описувалося вище, до ускладнення системи зв'язків між вузлами ЕОМ. По-друге, обчислювальні машини перестають бути однопроцесорними. Крім центрального, в комп'ютері можуть бути спеціалізовані процесори для обчислення з плаваючою комою (так звані математичні співпроцесори), відеопроцесори для прискорення виведення інформації на екран дисплея і т.п. Розвиток методів паралельних обчислень також викликає до життя обчислювальні системи досить складної структури, в яких одна операція виконується відразу декількома процесорами. По-третє, що намітилося прагнення мати швидкодіючі машини не тільки для обчислень, але і для логічного аналізу інформації, також може призвести в найближчі роки до серйозного перегляду традиційної фон-неймановскої архітектури.

     Ще однією особливістю розвитку сучасних ЕОМ є всі прискорене зростання ролі міжкомп'ютерних комунікацій. Все більша кількість комп'ютерів об'єднуються в мережі і обробляють наявну інформацію спільно.

     Таким чином, внутрішня структура обчислювальної техніки постійно вдосконалювалася і буде вдосконалюватися.

       Разом з тим, на даний момент переважна більшість існуючих ЕОМ, незважаючи на наявні відмінності, як і раніше складається з однакових вузлів і засновано на загальних принципах фон-неймановскої архітектури.

 

Головна               На початок               На наступну