Архитектура ЭВМ. Лекция 1: Типы архитектур. Комбинационная и последовательная логика.
Висящие контакты и их влияние
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается проблема висящих контактов и их негативное влияние на работу электрических устройств.
Плохое состояние при висящих контактах
- Когда контакт висит, это может привести к неправильной работе устройства.
- Причина плохого состояния связана с тем, что выключатель не подает ток на транзистор, который открывает цепь через светодиод.
Решение проблемы
- Присоединение сопротивления к выключателю может исправить ситуацию.
- Сопротивление позволяет электронам утечь и компенсировать потенциал, создавая стабильность в цепи.
Шина адреса и шина данных
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается концепция шины адреса и шины данных, которые используются для доступа к памяти в вычислительных устройствах.
Шина адреса и шина данных
- Шина адреса позволяет указывать адрес значения, которое требуется получить или записать.
Архитектура и контроллеры ввода-вывода
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается архитектура компьютера и роль контроллеров ввода-вывода.
Адаптеры и контроллеры ввода-вывода
- Контроллер ввода-вывода является дополнительным электронным устройством, которое имеет доступ к шине данных.
- Контроллер ввода-вывода может либо записать данные на шину данных из внешнего мира, либо считать данные с шины данных и передать их во внешний мир.
- Устройства внешнего мира, такие как мышь, диск или звуковая карта, могут быть подключены к адаптеру ввода-вывода для обмена данными.
Роль контроллеров ввода-вывода
- Контроллеры ввода-вывода позволяют обмениваться данными между процессором и устройствами внешнего мира.
- В прошлом устройства ввода загружали программ
Архитектура фон Неймана и Гарвардская архитектура
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается архитектура фон Неймана и Гарвардская архитектура, их отличия и влияние на развитие компьютеров.
Различия между архитектурой фон Неймана и Гарвардской архитектурой
- Фон Нейман: компьютер с ограниченным набором команд (CISC), Гарвардская: компьютер с более сложным набором команд (RISC).
- Размер инструкции у RISC компьютеров равен машинному слову.
- Разрядность шины данных определяет количество проводов, которые подключены к памяти, процессору и регистрам.
- Машинное слово - размер данных, с которыми работает процессор.
- Шина адреса определяет количество проводов для адресации памяти. Размер шины адреса может быть меньше разрядности процессора.
Риск и CISC компьютеры
- RISC - компьютер с ограниченным набором команд, CISC - компьютер с более сложным набором команд.
- Размер инструкции у RISC компьютеров равен машинному слову для выполнения инструкции за один такт.
- В CISC компьютерах выполнение инструкции может занимать от 1 до 100 тактов из-за сложности кодирования и зависимостей.
Преимущества и недостатки архитектур
- RISC архитектура обеспечивает быстрое выполнение инструкций за один так
Как работает процессор
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается работа процессора и его цикл выполнения инструкций. Объясняется, что процессоры RISC и CISC имеют различные особенности в своей работе.
Работа процессора
- Процессор начинает исполнять инструкцию с определенного момента и заканчивает ее выполнение.
- У CISC-процессоров нет промежуточного состояния после каждого такта, поэтому они окончательно выполняют инструкцию.
- У RISC-процессоров может быть промежуточное состояние, если инструкция не дочитана до конца.
- RISC-процессоры меньше по размеру и энергопотреблению, чем CISC-процессоры.
Арифметико-логическое устройство
- Арифметико-логическое устройство (ALU) является базовым блоком компьютерной архитектуры.
- ALU может выполнять различные операции, такие
Подключение и инвертирование сигналов
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается подключение и инвертирование сигналов в схеме.
Подключение и инвертирование сигналов
- Мы берем 3 входа и подключаем каждый из них к соответствующим элементам.
- Инвертируем сигнал для каждого входа, переводя его из 1 в 0 и наоборот.
- Получаем другую картинку, где можно собрать эту схему из уже имеющихся элементов.
Дешифратор 2 в 4
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается дешифратор 2 в 4 и его применение при построении компьютерных систем.
Дешифратор 2 в 4
- Дешифратор используется для перевода двоичного сигнала в конкретную линию или значение.
- Применяется при строительстве компьютерных систем для перевода адресного числа в конкретную ячейку памяти или другие операции.
Работа декодера и селектора
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается работа декодера и селектора в компьютерных системах.
Декодер и селект
Введение в комбинационную и последовательную логику
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается комбинационная и последовательная логика, а также их применение в компьютерных системах.
Комбинационная логика
- Комбинационная логика используется для построения простых вычислительных схем.
- Комбинационные схемы имеют входы, выходы и таблицу истинности, где значения на выходах зависят только от значений на входах.
- Сигналы на выходах комбинационной схемы всегда соответствуют сигналам на входах.
Последовательная логика
- Последовательная логика зависит от предыдущего состояния элемента.
- Сигналы на выходе последовательной схемы задаются комбинациями сигналов на входе.
- Последовательная логика используется для устройства управления компьютерами.
Проблемы комбинационной и последовательной логики
- Комбинационная логика не позволяет установить бит и записать его в память одновременно.
- Последовательная логика имеет ограни
Генератор чистоты и регистры
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается генератор чистоты и принцип работы регистров.
Генератор чистоты
- Мы создали сложную схему, используя две ячейки и отрезав некоторые элементы.
- Сигнал генератора частоты связан с входом следующего триггера, чтобы установить определенное значение.
- Защита от случайных изменений битов при копировании значения в регистр.
- Значение в регистре не будет испорчено случайными изменениями битов.
Регистры
- Регистры предназначены для хранения двоичных чисел заданной разрядности.
- Процессор использует регистры для хранения данных, таких как операнды или промежуточные результаты.
- Примерами регистров являются сдвиговый регистр и параллельный регистр.
Последовательные схемы
- Последовательные схемы зависят от предыд
Усложнение схемы для гарантированного переключения состояний
Обзор раздела: В данном разделе рассматривается усложнение схемы для гарантированного переключения состояний в рамках одного такта.
Усложнение схемы
- Сигнал должен быть скопирован и переключаться синхронно в рамках одного такта.
- Необходимо обеспечить, чтобы переключение состояний происходило без полупереключений.