Запись результата в память - Record.

● Операнд/результат могут быть взяты/записаны в устройства ввода-вывода.

● Следующая команда выполняется после завершения предыдущей команды. Ее адрес содержится в особом регистре процессора, называемом указателем (или счетчиком) команд. После считывания очередной команды процессор автоматически увеличивает содержимое счетчика команд, так, что он указывает на очередную команду.

► Известны альтернативные пути построения компьютера:

Ø Потоковая машина - действиями управляют сами данные.

Ø Нейронные сети и др.

Магистральная вычислительная структура

Принципы фон Неймана применимы к магистральной (шинной) архитектуре (Рис. 5). В этом случае ЭВМ включает четвертый элемент - магистраль, которая связывает отдельные элементы и влияет на выполнение команд.

Магистраль/канал - унифицированная подсистема связи структурных частей ЭВМ. Унификация в том, что все устройства подключаются к магистрали одинаково (набор сигналов, алгоритм обмена). Унификация позволяет легко заменять, добавлять или удалять отдельные части, входящие в состав ЭВМ, без нарушения ее работоспособности. Основные конструктивные компоненты магистрали - линии связи (провода), которые можно подразделить на три группы (шины) - адреса, данных и управления.

Линии связи - провод, по которому передается логический сигнал.

Шина - группа линий однотипных сигналов.

▪ Шина адреса предназначена для передачи из процессора в память параллельным кодом двоичного слова, представляющего собой начальный адрес участка памяти, к которому требуется обращение.

Количество линий (ширина шины адрес а) определяет размер физического адресного пространства, т.е. максимальное количество различных адресов в ОЗУ. Адрес по шине передается от процессора в память или во внешнее устройство. В процессор адрес передается только в мультипроцессорных системах, для поддержания правильной работы кэшей.

▪ Шина данных предназначена для передачи команд и данных между процессором, памятью и периферийными устройствами. Передача слов осуществляется также параллельным кодом, а " ширина" шины данных в реальных системах может составлять от 1 до 4 и более байтов. Шина данных является двунаправленной и имеет наибольшую пропускную способность.

В некоторых ЭВМ шина адреса и шина данных объединены в одну мультиплексируемую шину адреса/данных.

Такая шина функционирует в режиме разделения времени:

цикл шины разбит на временной интервал передачи адреса и на интервал передачи данных.

Мультиплексирование позволяет сократить общее число линий, но требует усложнения логики связи с шиной. Кроме того, оно может привести к потере производительности.

▪ Шина управления предназначена для передачи управляющих сигналов из процессора в прочие устройства, подключенные к магистрали.

Любое устройство, подключенное к магистрали, должно быть способно:

1) распознать " свой адрес ", формируемый процессором на адресной шине;

2) распознать по сигналам на шине управления действие, которого ждет от устройства процессор;

3) выполнить это действие: передать в процессор либо принять из него через шину данных двоичное слово.

Последовательность этих трех шагов составляет " цикл магистрали " (" канальный цикл "). Циклы могут следовать непрерывно, либо с интервалами. Они происходят под управлением процессора или внешних устройств, и обеспечивают обмен информацией между частями ЭВМ.

Канальный цикл обмена данными Временная диаграмма канального цикла обмена данными - на Рис 6. В ней можно выделить два этапа:

(1) передачи/ декодирования адреса - фазу адреса (задается положением во времени строба адреса) и

В приведенном примере:

1) шины адреса и данных - раздельные,

2) адрес передается синхронно,

Синхронный канал - время канального цикла постоянно, адрес/данные записываются синхронно со стробом. Обычно переключение сигналов шины происходит по импульсам тактовой частоты.

3) передача данных производится асинхронно - длительность этапа передачи данных определяется задержкой снятия сигнала Готовности.

Асинхронный канал - время канального цикла зависит от приемного устройства, которое после записи данных вырабатывает сигнал Готовности.

Если несколько устройств претендуют на права ведущего, то должен быть механизм выбора одного из них (арбитраж шин). Арбитраж построен на основе нескольких положений:

• Каждому из претендентов на шину присваивается определенный уровень приоритета, который может оставаться неизменным (статический приоритет) или изменяться по какому-то алгоритму (динамический приоритет). Шина отдается устройству с наивысшим приоритетом.

• Может использоваться централизованная схема арбитража или децентрализованная. Центральный арбитр, находящийся, например, в контроллере шины, принимает запросы параллельно или последовательно от устройств и решает задачу предоставления шины. В децентрализованной схеме каждый ведущий может иметь контроллер шины и самостоятельно принимать решение о ее захвате.

• Ограничение времени управления шиной. Вне зависимости от модели арбитража должно быть предусмотрено ограничение времени управления шиной. Например, алгоритм фиксированного кванта времени, который отводится каждому ведущему для захвата шины.