Структуры вычислительных машин: с непосредственными связями, на основе шины.

Достоинства и недостатки архитектуры вычислительных машин и систем зависят от способа соединения компонентов. Различают два основных типа структур вычислительных машин:

1. с непосредственными связями,
2. на основе шины.

Примером структуры с непосредственными связями является структура фон-Неймановской вычислительной машины. В ней между взаимодействующими устройствами (процессор, память, устройства ввода-вывода) имеются непосредственные связи. Особенности связей (число линий в шинах, пропускная способность и т.д.) определяются видом информации, характером и интенсивностью обмена. Основной недостаток структуры с непосредственными связями – такие ЭВМ плохо поддаются реконфигурации.

В варианте с общей шиной все устройства ЭВМ подключены к магистральной шине, служащей единственным трактом для потоков команд, данных и управления.

Рисунок – Структура вычислительной машины на базе общей шины

Наличие общей шины упрощает реализацию вычислительной машины, позволяет легко менять ее состав и конфигурацию. Шинная архитектура получила широкое распространение в мини и микроЭВМ. Основной недостаток шинной архитектуры: в каждый момент передавать информацию по шине может только одно устройство. Основную нагрузку на шину создают обмены между процессором и памятью, связанные с извлечением из памяти команд и данных и записью в память результатов вычислений. На операции ввода-вывода остается лишь часть пропускной способности шины.

Более распространена архитектура с иерархией шин, где помимо магистральной шины имеется еще несколько дополнительных шин. Они могут обеспечивать непосредственную связь между устройствами с наиболее интенсивным обменом, например, процессором и кэш-памятью. Другой вариант использования дополнительных шин – объединение однотипных устройств ввода-вывода с последующим выходом с дополнительной шины на магистральную. Все эти меры позволяют снизить нагрузку на общую шину и более эффективно расходовать ее пропускную способность.