Функциональная организация компьютера

Принципы организации компьютера

В 1946 – 1948 годах в Принстонском университете (США) коллективом исследователей под руководством Джона фон Неймана был разработан проект ЭВМ, который получил название машины фон Неймана или Принстонской машины. В его состав входила схема и принципы функционирования вычислительной машины:

– принцип программного управления – программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически последовательно друг за другом. Структура отдельной команды имеет вид: <код операции> <операнды>,

где <код операции> – определяет, какая операция должна выполняться,

<операнды> – список констант, адресов или имен переменных, над которыми выполняется данная операция.

В зависимости от числа операндов различают одно-, двух- и трехадресные команды;

– принцип условного перехода – команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые меняют последовательное выполнение команд в зависимости от значений данных;

– принцип размещения программы в памяти – программа, требуемая для работы ЭВМ, предварительно размещается в памяти компьютера, а не вводится команда за командой;

– принцип иерархии памяти – память ЭВМ не однородна. Для часто используемых данных выделяется память меньшего объема, но большего быстродействия; для редко используемых данных выделяется память большего объема, но меньшего быстродействия;

– принцип представления данных в двоичной системе счисления – для внутреннего представления данных и программ в памяти ЭВМ применяется двоичная система счисления, которая проще для технической реализации и для выполнения операций;

– принцип адресности – структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, и процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Чтобы понять принцип функционирования компьютера рассмотрим следующую схему, отражающую в общем виде принцип обмена информацией между основными блоками компьютера – схему Принстонской машины

информационная

связь

управляющая

связь

Через устройство ввода (УВв) в память (П) вводится программа (связь 1). После размещения программы в памяти устройство управления (УУ) выбирает последовательно команду за командой из памяти (связь 2) и интерпретирует ее по следующим правилам:

- если выбранная команда является командой ввода данных, УУ посылает управляющий сигнал (связь 3) в УВв для начала ввода данных. Данные также вводятся по связи 1 и размещаются в памяти П;

- если выбранная команда связана с выполнением арифметических или логических операций, то в память П из УУ посылается сигнал (связь 4) на выборку указанных в команде данных с последующей их пересылкой в арифметико-логическое устройство (АЛУ) (связь 5), а в само АЛУ передается сигнал с кодом нужной операции (связь 7). АЛУ выполняет арифметические и логические действия над переданными операндами и возвращает результат в память П (связь 6);

- если выбранная команда является командой вывода, УУ генерирует управляющий сигнал устройству вывода (УВыв) (связь 8) на начало операции по выводу данных. Сами данные выбираются из памяти П по связи 9.

УВыв выводит информацию и преобразует ее из внутреннего представления во внешнее.

Данный процесс повторяется до выполнения последней команды программы, затем память П освобождается от программы и данных.

В современных компьютерах блоки УУ и АЛУ объединены в один блок, называемый микропроцессором (МП). В его состав, кроме указанных блоков, входят также несколько регистров – специальных небольших областей памяти, куда процессор помещает промежуточные результаты и некоторую другую информацию, необходимую ему в ближайшие такты работы. В соответствии с принципом иерархии памяти блок Память делится на два блока – внешняя и внутренняя память. Внешняя память отводится для долговременного хранения данных и программ, а оперативная обработка данных в соответствии с программой, как это было рассмотрено выше, выполняется во внутренней памяти.

В результате функциональная схема компьютера несколько изменилась.

УУ

МП

Дата добавления: 2014-01-20