Понятие архитектуры ЭВМ и общие механизмы функционирования

План:
Базовые определения.
Основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов.
Программный принцип управления.
Алгоритм командного цикла для ЭВМ с архитектурой фон Неймана.
Конвейер команд.
Многоуровневая память.
Загрузка ОС и прикладных программ.

Классическая модель фон Неймана, реализует способ обработки, называемый Одиночный поток Команд и Одиночный поток Данных (ОКОД).
Конвейерные вычислительные системы, используют множественный поток команд (МКОД).
Процесс "досрочного" считывания последовательно расположенных байт памяти называют опережающей выборкой.

Суперскалярная архитектура.
U- и V-конвейеры
В процессоре Pentium существует специальный блок предсказания ветвлений,
а также реализовано исполнение по предположению.

Выводы
Важным элементом устройства управления в машине фоннеймановской архитектуры является счетчик команд.
Каждая команда программы реализуется согласно стандартному алгоритму: а) выборка команды из памяти, б) модификация значения счетчика, в) выполнение команды и г) повторение сначала.
Выборка команд и данных из памяти производится одинаковым образом.
Для реализации переходов в разветвляющихся и циклических программах в ходе выполнения команд данного типа содержимое счетчика команд изменяется.
При переходе к байтовой структуре памяти счетчик стал увеличиваться не на единицу, а на количество байт в очередной команде. Длины команд не во всех машинах являются постоянными.
Одно из наиболее существенных усовершенствований основного алгоритма выполнения команд программы состоит в организации конвейерного способа их выполнения.
Ради повышения производительности в современных моделях процессоров при выполнении команд программы используются все усложняющиеся алгоритмы. Совершенствование технологий производства также позволяет модифицировать этот процесс (например, использовать несколько конвейеров и т.д.).

6. Многоуровневая память.
Многоуровневая память (англ. multilevel memory) — организация памяти, состоящая из нескольких уровней запоминающих устройств с различными характеристиками и рассматриваемая со стороны пользователей как единое целое.
Трехуровневая организация памяти:
сверхоперативная (СОЗУ)
оперативная (ОЗУ)
внешняя (ВЗУ).

Физическая организация памяти
Запоминающие устройства компьютера разделяют, как минимум, на два уровня:
основную (главную, оперативную, физическую ),
вторичную (внешнюю) память.
Иерархия памяти по убыванию времени доступа, возрастанию цены и увеличению емкости
Принцип локальности или локализации обращений основан на свойстве реальных программ работать с небольшим набором адресов памяти в течение ограниченного отрезка времени.
Адреса в основной памяти, характеризующие реальное расположение данных в физической памяти, называются физическими адресами. Набор физических адресов, с которым работает программа, называют физическим адресным пространством.

Логическая память
Сегментация – это схема управления памятью, поддерживающая взгляд пользователя на то, как хранятся программы и данные, основываясь на модульном принципе построения программ.
Сегмент – область памяти определенного назначения, внутри которой поддерживается линейная адресация.
Сегменты содержат:
процедуры,
массивы,
стек,
скалярные величины,
информацию смешанного типа.
↓
Двумерная память:
где адрес состоит из:
номер сегмента,
смещение внутри сегмента.