Полная версия

Главная arrow Информатика arrow Вычислительная техника

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Концепция машины с хранимой в памяти программой

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. Еще до завершения работ над ENIAC они приступили к новому проекту - EDVAC, главной особенностью которого стала концепция хранимой в памяти программы, на долгие годы определившая базовые принципы построения последующих поколений вычислительных машин. Относительно авторства существует несколько версий, но поскольку в законченном виде идея впервые была изложена в 1945 году в статье фон Неймана [Von Neumann, J. «First Draft of a Report on the EDVAC», Moore School, University of Pennsylvania, 1945], именно его фамилия фигурирует в обозначении архитектуры подобных машин, составляющих подавляющую часть современного парка вычислительных машин и вычислительных систем.

Сущность фон-неймановской концепции вычислительной машины можно свести к четырем принципам:

  • - двоичного кодирования;
  • - программного управления;
  • - однородности памяти;
  • - адресности.

Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем, В числовой инфор-

19

мации обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов. В формате команды можно выделить два поля (рисунок 1.6): поле кода операции (КОп) и поле адресов (адресную часть - АЧ).

Формат команды

Рис. 1.6 Формат команды

Код операции представляет собой указание, какая операция должна быть выполнена, и задается с помощью r-разрядной двоичной комбинации.

Вид адресной части и число составляющих ее адресов зависят от типа команды: в командах преобразования данных АЧ содержит адреса объектов обработки (операндов) и результата; в командах изменения порядка вычислений - адрес следующей команды программы; в командах ввода/вывода - номер устройства ввода/ вывода. Адресная часть также представляется двоичной последовательностью, длину которой обозначим через р. Таким образом, команда в вычислительной машине имеет вид (гн-р)-разрядной двоичной комбинации.

Принцип программного управления

Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов - команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.

Принцип однородности памяти

Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных. Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного программирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции - перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной машины.

Концепция вычислительной машины, изложенная в статье фон Неймана, предполагает единую память для хранения команд и данных. Такой подход был принят в вычислительных машинах, создававшихся в Принстонском университете, из-за чего и получил название принстонской архитектуры. Практически одновременно в Гарвардском университете предложили иную модель, в которой ВМ имела отдельную память команд и отдельную память данных. Этот вид архитектуры называют гарвардской архитектурой. Долгие годы преобладающей была и остается принстонская архитектура, хотя она порождает проблемы пропускной способности тракта «процессор-память». В последнее время в связи с широким использованием кэш-памяти разработчики ВМ все чаще обращаются к гарвардской архитектуре.

Принцип адресности

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек - адреса.

Контрольные вопросы

  • 1.1. Что понимается под ЭВМ?
  • 1.2. Охарактеризуйте перовое поколение ЭВМ.
  • 1.3. В чем основные отличие ЭВМ второго поколения от первого?
  • 1.4. Охарактеризуйте третье поколение ЭВМ.
  • 1.5. В ЭВМ какого поколения впервые появились микропроцессоры?
  • 1.6. В каком направлении идет развитие ЭВМ?
  • 1.7. Приведите классификацию средств ЭВТ по принципу действия.
  • 1.8. Приведите классификацию средств ЭВТ по сфере применения.
  • 1.9. Приведите классификацию средств ЭВТ по быстродействию.
  • 1.10. Поясните упрощенную структурную схему ЭВМ.
  • 1.11. Какие базовые функции возлагаются на ЭВМ?
  • 1.12. В чем состоит сущность фон-неймановской концепции вычислительной машины?
  • 1.13. Поясните принцип двоичного кодирования.
  • 1.14. В чем заключается принцип программного управления?
  • 1.15. Чем отличается принстонская архитектура от гарвардской?
  • 1.16. В чем заключается принцип адресности?
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>