Архитектура ЭВМ

Известно, что в современных  ЭВМ (кроме простейших) реализовано динамическое распределение памяти между несколькими задачами, существующими в ЭВМ в процессе решения. Даже для однозадачных конфигураций проблема динамического распределения памяти не теряет актуальности, т. к. в памяти, помимо задачи пользователя, всегда присутствует операционная система или ее фрагмент.

Наибольшее распространение  в ЭВМ получил метод динамического  распределения памяти, называемый страничной организацией виртуальной памяти.

При использовании этого  метода вся память ЭВМ (ОЗУ и ВЗУ) рассматривается как единая виртуальная память. Адрес в этой памяти называется виртуальным или логическим. Вся виртуальная память делится на фрагменты одинакового размера, называемые виртуальными страницами. Размер страницы обычно составляет 0,5 — 4 Кбайт. Виртуальный адрес представляется состоящим из двух частей — номера страницы и номера слова на странице (смещения).

Физическая память ЭВМ (ОЗУ и ВЗУ) так же делится на страницы, причем размер физической страницы выбирается равным размеру виртуальной. Таким образом, одна физическая страница может хранить одну виртуальную, причем порядок следования виртуальных страниц в программе совсем не обязательно сохранять на физических страницах. Достаточно лишь установить однозначное соответствие между номерами виртуальных и физических страниц.

Соответствие между номерами виртуальных и физических страниц  устанавливается с помощью специальной страничной таблицы (СТ), которую поддерживает операционная система. Размер физической страницы равен размеру виртуальной, поэтому преобразования смещений на странице не производятся.

Поскольку размер СТ достаточно велик, она хранится целиком в  ОЗУ и модифицируется операционной системой всякий раз, когда в распределении  памяти происходят изменения.

Для увеличения скорости обращения к памяти активная часть СТ обычно хранится в специальной быстродействующей памяти, организованной, как правило, по ассоциативному принципу. При этом в поле признаков АЗУ СТ хранятся виртуальные адреса страниц (иногда вместе с номером программы.— в мультипрограммных системах), а в информационной части — соответствующие им номера физических страниц.

Если в результате преобразования виртуального адреса в физический оказывается, что требуемая физическая страница располагается в ВЗУ, то выполнение программы становится невозможным, пока не произойдет "подкачка" требуемой  страницы в ОЗУ. Такая ситуация называется страничным сбоем и должна формировать внутреннее прерывание, по которому запускается подпрограмма чтения страницы из ВЗУ в ОЗУ.

При этом возникает серьезная  проблема поиска той страницы, которую  можно удалить из ОЗУ, чтобы на освободившееся место записать требуемую  страницу. Серьезность проблемы обусловлена  тем, что неудачный выбор удаляемой  страницы (в ближайшее время она  вновь понадобится) связан со значительной потерей времени на передачу страниц  между ОЗУ и ВЗУ.

1. Сегментная организация памяти

До сих пор предполагалось, что виртуальная память, которой  располагает программист, представляет собой непрерывный массив с единой нумерацией слов. Однако при написании  программы удобно располагать несколькими  независимыми сегментами (кода, данных, подпрограмм, стека и др.), причем размеры сегментов, как правило, заранее не известны. В каждом сегменте слова нумеруются с нуля независимо от других сегментов. В этом случае виртуальный адрес представляется состоящим из трех частей: <номер ceгмента> <номер страницы> <номер слова>. В машине к виртуальному адресу может добавиться слева еще <номер задачи>. Таким образом, возникает определенная иерархия полей виртуального адреса, которой соответствует иерархия таблиц, с помощью которых виртуальный адрес переводится в физический. В конкретных системах может отсутствовать тот или иной элемент иерархии.

Виртуальная память была первоначально  реализована на "больших" ЭВМ, однако по мере развития микропроцессоров в них так же использовались идеи страничной, и сегментной организации  памяти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

Итак, под термином архитектура  ЭВМ следует понимать совокупность общих принципов организации  аппаратно-программных средств и  их основных характеристик, определяющих функциональные возможности ЭВМ.

Архитектура ЭВМ включает в себя структуру  и принцип  действия ЭВМ, средства и способы доступа к элементам структурной схемы, организацию и разрядность интерфейсов ЭВМ, набор и доступность регистров, организацию и способы адресации памяти, способы представления и форматы данных ЭВМ, набор машинных команд ЭВМ, форматы машинных команд, обработку нештатных ситуаций (прерываний).

В реферате я рассмотрела  структурную организацию, организацию  и разрядность интерфейсов и  организацию и способы адресации  памяти.

Было выявлено, что основными аппаратными компонентами компьютера являются: основная память, центральный процессор и периферийные устройства. Для обмена данными между собой эти компоненты соединены группой проводов, называемой магистралью. Рассмотрена подробная схема архитектуры ЭВМ и организация интерфейсов ЭВМ.

В современных ЭВМ организуют комплекс разнотипных ЗУ, взаимодействующих  между собой и обеспечивающих приемлемые характеристики памяти ЭВМ  для каждого конкретного применения. В основе большинства ЭВМ лежит  трехуровневая организация памяти: сверхоперативная (СОЗУ) — оперативная (ОЗУ) — внешняя (ВЗУ). СОЗУ и ОЗУ  могут непосредственно взаимодействовать  с процессором, ВЗУ взаимодействует  только с ОЗУ. Рассмотрено подробное  описание комплекса ЗУ.

Можно сделать вывод, что  поставленные задачи выполнены и  цель рассмотреть функциональную и структурную организацию ПК достигнута.

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Архитектура ЭВМ / А.П. Жмакин. – М.: БХВ-Петербург, 2006, 306с.
2. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебное пособие / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко. — М.: Финансы и статистика, 2006. — 560 с.
3. Информатика: учебное пособие / Е.Н. Гусева, И.Ю. Ефимова и др.- М.: Флинта, 2011, 260 с.
4. Л. Черняк. Архитектура фон Неймана как историческая случайность / Л. Черняк // Открытые системы – 2008. - №6.
5. Организация памяти в ЭВМ [Электронный ресурс]. – URL: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/arhitektura_EVM/arhitektura_EVM_4.htm
6. Параллельные и последовательные интерфейсы [Электронный ресурс]. – URL: http://perscom.ru/index.php/2012-03-23-14-46-26/89-2012-03-23-14-15-41/552-2012-03-23-14-25-44
7. Системное  и прикладное программное обеспечение: учебное пособие / Н.Ю. Иванова, В.Т. Маняхина. – М.: МПГУ, 2011, 201 с.