Основные принципы организации вычислительных машин и систем

Принципы организации вычислительного процесса, используемые и в большинстве современных ВМ, базируется на концепции Дж.фон Неймана, выдвинутой им во второй половите 40-х гг. ХХ в. Согласно этой концепции определена автономно работающая ВМ, содержащая устройство управления, арифметико-логическое устройство (АЛУ), память и устройства ввода-вывода. (рис. 1)

Для организации ВМ предложены следующие принципы:

1. Двоичное кодирование информации, разделение ее на слова фиксированной разрядности.

2. Линейно-адресная организация памяти (N ячеек по n разрядов). Аппаратные средства для записи, хранения и чтения слова из n двоичных разрядов называют ячейкой памяти. Ячейки пронумерованы по порядку (0, 1, …, N-1). Номер ячейки – адрес. В командах программы адрес является именем (идентификатором) переменной, хранящейся в соответствующей ячейке.

3. Представление алгоритма программой, состоящей из команд. Команда является предписанием, определяющим шаг процесса выполнения программы. Она содержит код операции, адреса операндов и другие служебные коды.

4. Хранение команд и данных в одной памяти. Различие их заключается только в способе использования и интерпретации считанного из памяти слова.

5. Вычислительный процесс организуется как последовательное выполнение команд в порядке, определяемом программой.

6. Жесткость архитектуры – неизменность в процессе работы ВМ, ее структуры, списка команд, методов кодирования данных.

При работе ВМ наиболее интенсивное взаимодействие осуществляется между АЛУ и устройством направления. С развитием элементной базы в целях повышения производительности за счет уменьшения задержек в связях эти устройства объединили в один блок, называемый процессором.

Процессор считывает и выполняет команды программы, организует обращение к оперативной памяти (ОП), в нужных случаях инициирует работу устройства ввода-вывода.

Устройство для ввода преобразует входные сигналы в сигналы, принятые для представления данных на шине, соединяющей устройство ввода с АЛУ.

В памяти хранятся команды и данные, которыми оперирует процессор. В нее же записываются результаты промежуточных вычислений. Результаты выполнения программы поступают в устройство вывода.

Устройство вывода преобразует выходные сигналы в форму, удобную для восприятия человеком (тексты, графические образы и др.)

Выборка команды из памяти и ее выполнение циклически повторяются. Цикл включает следующие фазы: выборку, дешифрацию и исполнение.

В фазе выборки команды содержимое ячейки памяти, адресуемое специальной схемой устройства управления (программным счетчиком), выбирается из памяти и помещается в специальный регистр процессора, называемый регистром команд. В фазе дешифрации код команды из регистра команд поступает в дешифратор команд процессора и преобразуется в последовательность управляющих сигналов, обеспечивающих настройку АЛУ для выполнения функции, определяемой командой. После этого в устройстве управления формируется адрес следующей команды. Следующей является фаза исполнения. После выполнения команды происходит возврат к первой фазе – выборки следующей команды.

Дата добавления: 2013-12-11