Эволюция структуры построения ЭВМ
В рассмотренной структурной схеме ЭВМ (рис. 7.1.) имеется весьма существенный недостаток, связанный с тем, что в такой схеме не обеспечивается эффективное взаимодействие быстродействующего процессора с большим числом относительно медленно работающих ПУ. Объясняется это тем, что при выполнении достаточно продолжительных операций ввода - вывода процессор ЭВМ прекращает обработку рабочих программ, так как должен непосредственно управлять этими операциями. Прерывание вычислительного процесса снижает производительность ЭВМ и эффективность использования ее технических средств.
Для устранения указанного недостатка в структурную схему ЭВМ последующих поколений были введены независимые каналы ввода - вывода (КВВ), позволившие разделить процессы обработки и ввода - вывода данных. По существу, КВВ являются специализированными процессорами, имеющими собственную ОП и автономное устройство управления. Центральный процессор выдает в каналы лишь команды на выполнение операций ввода - вывода, не прерывая при этом вычислительного процесса. Соответствующая структура ЭВМ приведена на рис. 7.2. На этом рисунке показаны связи между устройствами на информационном уровне без указания управляющих сигналов.
152
Рис. 7.2. Структурная схема ЭВМ с каналами ввода - вывода
Данная структура получила распространение в 60 - 70 г.г. при проектировании так называемых ЭВМ общего назначения. Периферийные устройства в ней связываются с каналами через собственные устройства управления периферийными устройствами (УПУ) и систему сопряжения, называемую интерфейсом ввода - вывода. Интерфейс строго оговаривает, а в большинстве случаев стандартизирует правила взаимодействия сопрягаемых устройств.
Учитывая большое количество различных ПУ, практически невозможно проектировать каналы ввода - вывода, полностью учитывающие специфику и особенности каждого ПУ и УПУ. Обычно КВВ обеспечивают некоторые общие для различных ПУ особенности ввода - вывода. В ЭВМ, как правило, используются два вида каналов ввода - вывода: мультиплексный и селекторный.
Эти каналы существенно различаются своей пропускной способностью и поэтому обслуживают различные по быстродействию группы периферийных устройств.
Мультиплексный канал обеспечивает обмен данными с относительно медленно действующими периферийными устройствами. Он одновременно обслуживает большое количество таких параллельно работающих ПУ, попеременно организуя с ними кратковременные сеансы связи.
153
Селекторный канал организует обмен с быстродействующими ПУ и обслуживает в монопольном режиме одно периферийное устройство, доводя с ним обмен данными до полного завершения.
Существуют также блок - мультиплексные каналы, которые организуют параллельную (мультиплексную) работу нескольких ПУ при выполнении операций, не связанных с передачей данных (например, поиск необходимых данных на магнитных дисках). При этом обмен данными производится информационными блоками в монопольном (селекторном) режиме.
Использование в составе ЭВМ специализированных каналов ввода - вывода положило начало реализации в структуре ЭВМ принципов модульности и магистральное™. Наиболее полно эти принципы нашли отражение в структуре современных персональных ЭВМ (ПЭВМ), в которых технические средства состоят из различных по назначению и независимых в работе автономных модулей, которые подключаются параллельно к системной магистрали, называемой "общая шина" (рис. 7.3.). В такой структуре можно выбирать конфигурацию технических средств путем подключения к общей магистрали необходимого набора центральных и периферийных устройств.
Рис. 7.3. Структура персональных ЭВМ с общей шиной
Данная структура ПЭВМ стала в настоящее время общим стандартом для современных ЭВМ. В основе этого стандарта лежат следующие основные принципы:
- - модульность структуры построения;
- - магистральность аппаратурных соединений и процессов обмена данными;
- - параллелизм в работе технических и программных средств;
- - децентрализация управления и иерархическая организация структуры ЭВМ.
Модульная структура ЭВМ делает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию.
К ЭВМ можно подключать дополнительные устройства, улучшая ее технические и эксплуатационные характеристики.
154
Появилась возможность управления конфигурацией технических средств ЭВМ и ее адаптации к конкретным условиям применения в соответствии с требованиями пользователей.
Общая системная магистраль представляет собой линии передачи данных, адресов и сигналов управления. К этой магистрали подключаются как центральные, так и периферийные устройства ПЭВМ. К центральным устройствам относятся микропроцессор и основная память (ОП), состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства. Микропроцессор по своим логическим возможностям и структуре аналогичен процессору ЭВМ более ранних поколений, однако конструктивно реализован в виде одной большой или сверхбольшой интегральной схемы. Подключение периферийных устройств к системной магистрали обеспечивается через специальные устройства управления, называемые контроллерами.
Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры ЭВМ. Централизованное управление осуществляет устройство управления центрального процессора. По его командам происходит инициализация работы других модулей в иерархии структуры ЭВМ, после чего эти модули продолжают работу под управлением местных устройств управления.
Иерархический принцип построения и управления характерен не только для структуры ЭВМ в целом, но и для отдельных ее подсистем. Например, по этому же принципу строится система памяти ЭВМ.
Модульность построения и децентрализация управления обеспечивают возможности для параллельной работы технических средств ЭВМ, например ее периферийных устройств. Внутри ЭВМ произошло также еще более резкое разделение функций между средствами обработки информации. Наряду с центральным процессором появились специализированные процессоры, например сопроцессоры, выполняющие обработку чисел с плавающей точкой, матричные процессоры и др. Принцип параллелизма распространился также на сами ЭВМ или процессоры. Появились многомашинные и многопроцессорные системы, содержащие несколько ЭВМ или процессоров, работающих согласованно и параллельно.
155
152 :: 153 :: 154 :: 155 :: Содержание
