Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ

1. О понятии “архитектура ЭВМ”

Термин “архитектура” используется в популярной литературе по вычислительной технике достаточно часто, однако определение этого понятия и его содержание могут у разных авторов достаточно различаться.

Архитектура компьютера — логическая организация и структура аппаратных и программных ресурсов вычислительной системы. Архитектура заключает в себе требования к функциональности и принципы организации основных узлов ЭВМ. Это, прежде всего, основные устройства и блоки ЭВМ, а также структура связей между ними. И действительно, если заглянуть, например, в “Толковый словарь по вычислительным системам”, мы прочтем там, что термин “архитектура ЭВМ используется для описания принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ.

Фон-неймановская (принстонская) архитектура, доминирующая в настоящее время организация ЭВМ, основана на концепции хранимой программы, для которой используется линейно адресуемая память, способная выполнять операции чтения и записи. Эта единая память хранит и команды программы, и данные. Команды выбираются процессором из памяти последовательно одна за другой, кроме случаев применения управляющих команд (переходы, программные прерывания, вызовы подпрограмм). Принципы компьютера с хранимой программой американский математик Джон фон Нейман (1903-1957) сформулировал в проекте отчёта “First Draft of a Report on the EDVAC” (1945 г.), отправленный им частным образом ста крупнейшим западным учёным. Однако считается, что авторство принадлежит не ему, а разработчикам сверхсекретного в то время компьютера ЕNIAC Джону Маучли и Джону Эккерту, у которых Нейман проходил стажировку. Учитывая это, в настоящее время данную архитектуру всё чаще называют принстонской, по названию университета, в котором работали Маучли и Эккерт.

В более подробное описание, определяющее конкретную архитектуру, также входят: структурная схема ЭВМ, средства и способы доступа к элементам этой структурной схемы, организация и разрядность интерфейсов ЭВМ, набор и доступность регистров, организация памяти и способы её адресации, набор и формат машинных команд процессора, способы представления и форматы данных, правила обработки прерываний.

Однако описание внутренней структуры ЭВМ вовсе не является самоцелью: с точки зрения архитектуры представляют интерес лишь те связи и принципы, которые являются наиболее общими, присущими многим конкретным реализациям вычислительных машин. Часто говорят даже о семействах ЭВМ, т.е. группах моделей, совместимых между собой. В пределах одного семейства основные принципы устройства и функционирования машин одинаковы, хотя отдельные модели могут существенно различаться по производительности, стоимости и другим параметрам. Ярким примером могут служить заполонившие мир IBM-совместимые персональные компьютеры. Именно то общее, что есть в строении ЭВМ, и относят к понятию архитектуры.

“Архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов”.