Відкрити головне меню

Багаторівнева структура ЕОМ

БАГАТОРІВНЕВА СТРУКТУРА ЕОМрепрезентація електронної обчислювальної машини (взагалі обчислювальної системи) як складної системи з декомпозицією її структури на певну кількість їєрархічних рівнів з метою спрощення процесів аналізу та синтезу.

НеобхідністьРедагувати

Складність сучасних структур обчислювальної техніки змушує фахівців використовувати багаторівневе, ієрархічне їх представлення, розбиття складних структур на простіші складові. На кожному з таких рівнів мають справу з ідеалізованою, спрощеною моделлю. Наприклад, апаратура персонального комп'ютера на одному рівні може бути представлена сукупністю таких компонентів, як «монітор», «системна плата», «накопичувачі на твердих магнітних дисках», «клавіатура», з'єднаних певним чином, на іншому як набір електричних кіл, що складаються з діодів, транзисторів, резисторів, інших електронних компонентів. В першому випадку структура досить нескладна, але з неї насправді досить важко зрозуміти, як, скажімо, відбувається виконання команди додавання всередині процесора. В другому випадку ми маємо справу з мільйонами електричних компонентів, але таке «збільшення» навряд чи додасть простоти в вирішення питання про те, як з'єднати між собою монітор і відеоплату. Тому вибір абстракцій під стать розв'язуваному завданню є дуже важливий. Для розробників така ієрархічна репрезентація особливо важлива. Чітке визначення та розмежування окремих інформаційних структур та систем дає можливість багаторазово використовувати добре зарекомендовані рішення. Це стосується, наприклад, різних втілень однієї й тої ж архітектури, що було б неможливо, якби машина створювалась без чіткої ієрархізації, виділення та відокремлення самого поняття «архітектура» від внутрішньої організації та реалізації конкретної ЕОМ. Багаторівнева структура ЕОМ дає значне прискорення процесу проектування за рахунок можливості не починати щоразу процес наново, замикаючи проект на собі без можливості відокремити вдалі рішення від всієї конструкції. І хоча для монолітної, проектованої на одному подиху «безкомпромісної системи» можна домогтися кращих характеристик, ніж для обкладеної стандартами, цю можливість доводиться розмінювати на складність самого проектування й обмежений життєвий цикл рішення.

СтруктураРедагувати

Розробка обчислювальної частини ЕОМ ведеться зазвичай на наступних рівнях:

  • архітектурний рівень — розробка загальної концепції обчислювальної машини, системи команд процесора і його програмної моделі, визначення інформаційних потоків між процесорами, ієрархією запам’ятовуючих пристроїв, пристроями вводу-виводу. Визначення стандартів в обчислювальній підсистемі й підсистемі вводу-виводу
  • рівень регістрових пересилань — конкретизація інформаційної й керуючої частин обчислювальної системи в термінах регістрів, обчислювальних операцій, потоків даних та управління і операцій пересилання даних між регістрами.
  • логічний рівень — подання структур ЕОМ у вигляді набору логічних вентилів і зв'язків між ними. Поведінка системи описується в термінах алгебри логіки (для комбінаційних схем), таблиць переходів (для схем з пам'яттю).
  • електричне або схемний рівень — подання ЕОМ у вигляді набору електричних схем. Поведінка машини описується законами електротехніки.

Втім, часто між архітектурним рівнем і рівнем регістрових пересилань розташовують додатковий, мікропрограмний, в якому кожній машинній команді ставиться у відповідність певна програма на простішій мові мікрокоманд, безпосередньо виконуваних процесором. Практика мікропрограмування була поширена в 70-і роки у зв'язку зі складністю побудови чисто апаратних структур управління виконанням складних наборів команд процесорів тих часів. Вона полягала в розробці спеціального, простішого керуючого пристрою, що сприймав спеціальні мікропрограми, які описують послідовність дій, необхідних для реалізації машинних команд. Мікропрограмний пристрій управління виступав ніби інтерпретатором машинних команд у простішу мову мікрокоманд процесора. Зрозуміло, що виконання мікропрограм і реалізація машинних команд в такому випадку займала досить тривалий час. Згодом від складних наборів команд відмовилися, пристрої управління почали реалізовувати в апаратурі й від практики мікропрограмування поступово відійшли.

Зрозуміло, що цей розподіл не претендує на повноту, його можна продовжити до рівня інтегральних компонентів і нижче, можна розвивати його вгору, розглядаючи обчислювальну систему як комплекс програмних і апаратних засобів, виділяючи окремо рівні операційної системи, мов високого рівня, прикладного програмного забезпечення.