Архитектура эвм

АРХИТЕКТУРА ЭВМ, совокупность основных устройств ЭВМ и способы их взаимодействия, видимые пользователю (в большей степени системному программисту). Архитектура ЭВМ определяет общее построение аппаратных и программных средств и эффективность их работы в комплексе. Описание архитектуры ЭВМ является основным документом при проектировании ЭВМ и разработке компиляторов. Впервые термин «архитектура ЭВМ» введён корпорацией IBM (США) в 1964 году, в связи с разработкой семейства IBM System/360.

Описание архитектуры ЭВМ содержит сведения о функциях основных 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 основном состав периферийных контроллеров, внешних устройств и линий связи, форматы данных и команд обмена, пропускную способность отдельный устройств и периферийной шины в целом, время доступа к периферийным устройствам.

Время выполнения программы существенно зависит от того, в какой мере архитектурные особенности ЭВМ учитываются при формировании машинного кода программы. В связи с этим имеется постоянная тенденция включать в описание архитектуры ЭВМ сведения об устройстве ЭВМ с целью максимального 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 так далее позволяют компилятору планировать эффективное выполнение программы.

Стандартизация ряда основных архитектурных свойств (таких, как алгоритмы выполнения команд, их кодировка, форматы представления команд и данных и тому подобное) 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 архитектурные свойства в последующих моделях семейства ЭВМ с целью улучшения их характеристик (производительности, стоимости, габаритов и так далее). Такой подход даёт возможность использовать ранее созданное программное обеспечение во вновь разработанных ЭВМ.

Часто для обозначения семейств ЭВМ, имеющих общие базисные архитектурные свойства, применяется термин «архитектурная платформа». Наиболее отличительные архитектурные свойства ЭВМ могут использоваться в обозначении типа ЭВМ, например 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.).

Лит.: Столлингс В. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. М., 2002; Пятибратов А. П., Гудыно Л. П., Кириченко А. А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. М., 2003.