Полная версия

Главная arrow Информатика arrow Вычислительная техника

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Обобщенная организация ЭВМ

В основе архитектуры современных ЭВМ лежит представление алгоритма решения задачи в виде программы последовательных вычислений. Согласно стандарту ISO 2382/1-84, программа для ЭВМ - это «упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке».

ЭВМ, где определенным образом закодированные команды программы хранятся в памяти, известна под названием вычислительной машины с хранимой в памяти программой. Идея принадлежит создателям вычислителя ENIAC Эккерту, Мочли и фон Нейману.

Большинство современных ЭВМ по своей структуре, отвечают принципу программного управления. Типичная фон-неймановская ЭВМ (рисунок 1.4) содержит: память, устройство управления, арифметико-логическое устройство и устройство ввода/вывода.

В любой ЭВМ имеются средства для ввода программ и данных к ним. Информация поступает из подсоединенных к ЭВМ периферийных устройств (ПФУ) ввода. Результаты вычислений выводятся на периферийные устройства вывода. Связь и взаимодействие ВМ и ПФУ обеспечивают порты ввода и порты вывода. Термином порт обозначают аппаратуру сопряжения периферийного устройства с ВМ и управления им. Совокупность портов ввода и вывода называют устройством ввода/вывода (УВВ) или модулем ввода/вывода ВМ (МВВ).

Введенная информация сначала запоминается в основной памяти, а затем переносится во внешнюю память для длительного хранения. Чтобы программа могла выполняться, команды и данные должны располагаться в основной памяти (ОП), организованной таким образом, что каждое двоичное слово хранится в отдельной ячейке, идентифицируемой адресом, причем соседние ячейки памяти имеют следующие по порядку адреса.

Доступ к любым ячейкам запоминающего устройства (ЗУ) основной памяти может производиться в произвольной последовательности (память с произвольным доступом).

Размер ячейки основной памяти обычно принимается равным 8 двоичным разрядам - байту. Для хранения больших чисел используются 2,4 или 8 байтов, размещаемых в ячейках с последовательными адресами. В этом случае за адрес числа часто принимается адрес его младшего байта. Так, при хранении 32- разрядного числа в ячейках с адресами 200, 201, 202 и 203 адресом числа будет 200. Такой прием называют адресацией по младшему байту. Возможен и противоположный подход - по меньшему из адресов располагается старший байт. Адресация по младшему байту характерна для микропроцессоров фирмы Intel и мини-ЭВМ фирмы DEC, а по старшему байту - для микропроцессоров фирмы Motorola и универсальных ЭВМ фирмы IBM. В принципе выбор порядка записи байтов существенен лишь при пересылке данных между ВМ с различными формами их адресации или при манипуляциях с отдельными байтами числа. В большинстве ВМ предусмотрены специальные инструкции для перехода от одного способа к другому.

Упрощенная структурная схема ЭВМ

Рис. 1.4 Упрощенная структурная схема ЭВМ

Устройство управления (УУ) - важнейшая часть ВМ, организующая автоматическое выполнение программ (путем реализации функций управления) и обеспечивающая функционирование ВМ как единой системы. Для пояснения функций УУ ВМ следует рассматривать как совокупность элементов, между которыми происходит пересылка информации, в ходе которой эта информация может подвергаться определенным видам обработки. Пересылка информации между любыми элементами ВМ инициируется своим сигналом управления (на рисунке 1.4 - линии управления), то есть управление вычислительным процессом сводится к выдаче нужного набора сигналов управления в нужной временной последовательности. Основной функцией УУ является формирование управляющих сигналов, отвечающих за извлечение команд из памяти в порядке, определяемом программой, и последующее исполнение этих команд. Кроме

17

того, УУ формирует сигналы управления для синхронизации и координации внутренних и внешних устройств ВМ.

Еще одной неотъемлемой частью ВМ является арифметико-логическое устройство (АЛУ). АЛУ обеспечивает арифметическую и логическую обработку двух входных переменных, в результате которой формируется выходная переменная. Функции АЛУ обычно сводятся к простым арифметическим и логическим операциям, а также операциям сдвига. Помимо результата операции АЛУ формирует ряд признаков результата (флагов), характеризующих полученный результат и события, произошедшие в процессе его получения (равенство нулю, знак, четность, перенос, переполнение и т. д.). Флаги могут анализироваться в УУ с целью принятия решения о дальнейшей последовательности выполнения команд программы.

УУ и АЛУ тесно взаимосвязаны и их обычно рассматривают как единое устройство, известное как центральный процессор (ЦП) или просто процессор. Помимо УУ и АЛУ в процессор входит также набор регистров общего назначения (РОН), служащих для промежуточного хранения информации в процессе ее обработки. На рисунке 1.5 представлены базовые функции, которые возложены на ЭВМ.

Базовые функции ЭВМ

Рис. 1.5 Базовые функции ЭВМ

В самом общем смысле таких функций всего четыре:

  • - обработка данных - компьютер, в первую очередь, обязан обрабатывать данные, представленные в разных формах, при этом диапазон выполняемых операций по их обработке довольно широк. Однако все многообразие операций может быть сведено к нескольким базовым типам или методам обработки;
  • - хранение данных - даже если компьютер обрабатывает данные на ходу, то есть по мере поступления из операционной среды, причем результат также немедленно отправляется получателю, компьютер должен обладать способностью хотя бы временно хранить промежуточные результаты и фрагменты данных, которые обрабатываются в текущий момент времени. Такого кратковременного хранения в большинстве случаев недостаточно, чаще требуется долговременное хранение файлов данных, которые могут обрабатываться или обновляться по мере необходимости;
  • - перемещение данных - процесс перемещения данных между компьютером и операционной средой принято называть процессом ввода-вывода, а устройства, входящие в состав операционной среды, - периферийными устройствами. Когда обмен данными выполняется с удаленными устройствами, то такой процесс принято называть передачей данных;
  • - управление - все три функции должны выполняться в определенной последовательности, поэтому от компьютера требуется выполнение и функции управления, которая в конечном счете ложится на программу, которая «снабжает» компьютер последовательностью команд. В самой же компьютерной системе функция управления сводится к распределению ресурсов и управлением выполнением других функций в процессе отработки команд программы.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>