АРХИТЕКТУ́РА ЭВМ

АРХИТЕКТУ́РА ЭВМ, со­во­куп­ность ос­нов­ных уст­ройств ЭВМ и спо­со­бы их взаи­мо­дей­ст­вия, ви­ди­мые поль­зо­ва­те­лю (в боль­шей сте­пе­ни сис­тем­но­му про­грам­ми­сту). А. ЭВМ оп­ре­де­ля­ет об­щее по­строе­ние ап­па­рат­ных и про­грамм­ных средств и эф­фек­тив­ность их ра­бо­ты в ком­плек­се. Опи­са­ние А. ЭВМ яв­ля­ет­ся осн. до­ку­мен­том при про­ек­ти­ро­ва­нии ЭВМ и раз­ра­бот­ке ком­пи­ля­то­ров

. Впер­вые тер­мин «А. ЭВМ» вве­дён кор­по­ра­ци­ей IBM (США) в 1964, в свя­зи с раз­ра­бот­кой се­мей­ст­ва IBM System/360.

Опи­са­ние А. ЭВМ со­дер­жит све­де­ния о функ­ци­ях осн. уз­лов ЭВМ – про­цес­со­ра

(или про­цес­со­ров в мно­го­про­цес­сор­ной ЭВМ), о под­сис­те­мах па­мя­ти и вво­да-вы­во­да. Сис­те­ма ко­манд про­цес­со­ра оп­ре­де­ля­ет фор­ма­ты пред­став­ле­ния дан­ных, про­грамм­но дос­туп­ные ре­ги­ст­ры, ко­ди­ров­ку ко­манд и ал­го­рит­мы их вы­пол­не­ния. Под­сис­те­ма па­мя­ти ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ме­то­да­ми ад­ре­са­ции, чис­лом уров­ней па­мя­ти (опе­ра­тив­ная па­мять, внеш­няя и внут­рен­няя кэш-па­мять, ре­ги­ст­ры об­ще­го на­зна­че­ния), объ­ё­ма­ми па­мя­ти на ка­ж­дом уров­не, ме­то­да­ми об­ра­ще­ния к па­мя­ти (оди­ноч­ное, груп­по­вое, кван­ты об­ра­ще­ния), про­пу­ск­ной спо­соб­но­стью и вре­ме­нем дос­ту­па на ка­ж­дом уров­не па­мя­ти. Под­сис­те­ма вво­да-вы­во­да оп­ре­де­ля­ет в осн. со­став пе­ри­фе­рий­ных кон­трол­ле­ров, внеш­них уст­ройств и ли­ний свя­зи, фор­ма­ты дан­ных и ко­манд об­ме­на, про­пу­ск­ную спо­соб­ность отд. уст­ройств и пе­ри­фе­рий­ной ши­ны в це­лом, вре­мя дос­ту­па к пе­ри­фе­рий­ным уст­рой­ст­вам.

Вре­мя вы­пол­не­ния про­грам­мы су­ще­ст­вен­но за­ви­сит от то­го, в ка­кой ме­ре ар­хит. осо­бен­но­сти ЭВМ учи­ты­ва­ют­ся при фор­ми­ро­ва­нии ма­шин­но­го ко­да про­грам­мы. В свя­зи с этим име­ет­ся по­сто­ян­ная тен­ден­ция вклю­чать в опи­са­ние А. ЭВМ све­де­ния об уст­рой­ст­ве ЭВМ с це­лью макс. ис­поль­зо­ва­ния по­тен­ци­аль­ной про­из­во­ди­тель­но­сти ЭВМ. Пред­став­ле­ние об ор­га­ни­за­ции и вре­ме­ни вы­пол­не­ния ко­манд, ко­ли­че­ст­ве од­но­вре­мен­но вы­пол­няе­мых ко­манд, ко­ли­че­ст­ве и со­ста­ве па­рал­лель­но ра­бо­таю­щих бло­ков ЭВМ, о ме­то­дах раз­ре­ше­ния кон­флик­тов ис­поль­зо­ва­ния ап­па­ра­ту­ры ЭВМ раз­лич­ны­ми па­рал­лель­но вы­пол­няе­мы­ми ко­ман­да­ми и т. д. по­зво­ля­ют ком­пи­ля­то­ру пла­ни­ро­вать эф­фек­тив­ное вы­пол­не­ние про­грам­мы.

Стан­дар­ти­за­ция ря­да осн. ар­хит. свойств (та­ких, как ал­го­рит­мы вы­пол­не­ния ко­манд, их ко­ди­ров­ка, фор­ма­ты пред­став­ле­ния ко­манд и дан­ных и т. п.) по­зво­ля­ет раз­ра­ба­ты­вать се­мей­ст­ва ЭВМ, со­вмес­ти­мые для вы­пол­не­ния про­грамм поль­зо­ва­те­ля на би­то­вом уров­не (т. е. на уров­не ма­шин­ных ко­дов). Как пра­ви­ло, в рам­ках та­ко­го се­мей­ст­ва ЭВМ обес­пе­чи­ва­ет­ся со­вмес­ти­мость сни­зу вверх, т. е. про­грам­мы для ра­нее раз­ра­бо­тан­ных мо­де­лей се­мей­ст­ва мо­гут вы­пол­нять­ся на по­сле­дую­щих мо­де­лях без пе­ре­ком­пи­ля­ции. Это по­зво­ля­ет, ос­та­ва­ясь в рам­ках би­то­вой со­вмес­ти­мо­сти с при­клад­ны­ми про­грам­ма­ми, раз­рабо­тан­ны­ми для пред­ше­ст­вую­щих мо­де­лей, раз­ви­вать ар­хи­т. свой­ст­ва в после­дую­щих мо­де­лях се­мей­ст­ва ЭВМ с це­лью улуч­ше­ния их ха­рак­те­ри­стик (про­из­во­ди­тель­но­сти, стои­мо­сти, га­ба­ри­тов и т. д.). Та­кой под­ход да­ёт воз­мож­ность ис­поль­зо­вать ра­нее соз­дан­ное про­грамм­ное обес­пе­че­ние во вновь раз­ра­бо­тан­ных ЭВМ.

Час­то для обо­зна­че­ния се­мейств ЭВМ, имею­щих об­щие ба­зис­ные ар­хит. свой­ст­ва, при­ме­ня­ет­ся тер­мин «ар­хи­тек­тур­ная плат­фор­ма». Наи­бо­лее от­ли­чит. ар­хит. свой­ст­ва ЭВМ мо­гут ис­поль­зо­вать­ся в обо­зна­че­нии ти­па ЭВМ, напр. ЭВМ с ар­хи­тек­ту­рой ис­поль­зо­ва­ния ко­манд­но­го па­рал­ле­лиз­ма, век­тор­ной или мас­сив­но-па­рал­лель­ной ар­хи­тек­ту­рой и др. Для обо­зна­че­ния ар­хи­тек­тур­но-со­вмес­ти­мых се­мейств ЭВМ мо­гут при­ме­нять­ся на­име­но­ва­ния ар­хи­тек­тур мик­ро­процес­со­ров из­вест­ных фирм-про­из­во­ди­те­лей (ар­хи­тек­ту­ра х86 фир­мы Intel, ар­хи­тек­ту­ра SPARC фир­мы Sun Microsystems, ар­хи­тек­ту­ра Power фир­мы IBM и т. д.).