Алгоритмы в компьютере. Формат машинной команды

Все существующие компьютеры и вычислительные системы с точки зрения пользователя условно можно разделить на: последовательные и параллельные.

абстрактная модель последовательного компьютера

Имеются 2 важных устройства: процессов и память.

Процессор является активным устройством, имеет возможность преобразовывать информацию по определенному набору операций.

Память является пассивным устройством, процессор и память связаны между собой каналами обмена информацией.

Работа однопроцессорного компьютера сводится к постепенному выполнению отдельных команд, каждая команда содержит информацию о том какая операция из заданного набора команд должна быть выполнена, из скольких ячеек памяти должны быть взяты аргументы операции и куда должен быть помещен результат. Описание последовательных команд в виде программы находятся в памяти так же размещены необходимые для реализации алгоритма начальные данные и результаты вычислений.

Координирует работу всех узлов компьютера устройство управления, оно организует последовательную выборку команд из памяти и их расшифровку, передачу из памяти операндов из процессора в память результаты выполненных команд, управляет работой процессора.

Устройство ввода/вывода, вводим начальные данные, выводим результаты.

На последовательном компьютере время реализации алгоритма пропорционально числу выполняемых операций и не зависит от того как внутренне устроен алгоритм.

Развитие вычислительной техники многое определилось повышением производительности и увеличением объема быстрой памяти(оперативной). Для этого несколько компьютеров объединяют в одну системы т.е. для решения задачи необходимо разделить задачу на 2-е части или более и каждую решить на своем компьютере. Так же создаются многопроцессорные вычислительные системы. Для вычислительных систем параллельной архитектуры необходимо создавать параллельные алгоритмы вычисления.

Формы машинной команды. Машинная программа – последовательность машинных команд. Во время исполнения программа хранится в оперативной памяти вместе с данными, каждая команда программы занимает ячейку памяти и имеет свой адрес(адрес ячейки).

Для всякого процессора машинная команда имеет стандартный формат и строго фиксированную длину, состоит из кода операции и адресной части.

Код операции

Адрес величин

Код операции – определяет действия, которые должен выполнить процессор.

Адресная часть содержит адреса величин, хранятся в оперативной памяти, над которыми должны быть выполнена эта операция.

В зависимости от структуры адресной части команды процессора делятся на 3х адресные

КОП

Адрес 1го аргумента

Адрес 2го аргумента

Адрес результата

2х адресные:

КОП

Адрес 1го аргумента

Адрес 2го аргумента, адрес результата

12. Архитектура, структура и принципы функционирования ЭВМ. Магистрально – модульный принцип построения ЭВМ.

ЭВМ представляет собой сложную систему состоящую их большого числа простейших элементарных компонентов.

Для описания их функционирования и структурирования представляются в виде огромного множества взаимодействующих подсистем, каждая из которых несет определенную функциональную нагрузку, для выделения подсистем можно применить способ иерархической декомпозиции.
Принципы ЭВМ были сформированы Фон Нейманом в 1946 году в отчете представлены обсуждение логической конструкции ЭВМ. Компьютеры построены на принципах Фон Неймана получили название Фон Неймановской архитектурой ЭВМ.

Архитектура ЭВМ – это описание устройства и функции ЭВМ без подробностей технической реализации.

В понятие входят:

- описание состава основных функциональных узлов и их информационное взаимодействие

- описание способов представления информации

- описание структуры процессора и языка машинных команд

Принцип Фон Неймана:

1. Принцип програмного управления, обеспечивает автоматизацию процесса вычисляемых на ЭВМ. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически, выборка команд из памяти осуществляется с помощью счетчика команд, этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. Тем самым организовывается выборка команд, выборка команд прекратится после достижения и выполнения команды стоп.

2. Принцип однородности памяти, программы и данные хранятся в одной и той же памяти, отсутствие принципиальной разницы между программой и данными позволяет ЭВМ формировать для себя программу в соответствии с результатом вычислений. Над командами можно выполнить те же действия, что и над данными. Команды одной программы могут быть получены как результат другой программы.

3. Принцип адресности. Структурно оперативная или основная память дискретна имеет битовую структуру. Состоит из перенумерованных ячеек. Ячейка 1 бай т. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка, чтение и запись происходит по адресам.

4. Универсальный Фон Неймановский компьютер должен иметь следующие устройства: Арифметико логическое устройство,которое выполняет арифметическое, логическое операции.

Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ.

Запоминающее устройство для хранения программ и данных.

Внешние устройство для ввода/вывода информации.

Модульный принцип позволяет потребителю самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости его модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Магистраль или системная шина - это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой много проводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Каждая отдельная функция компьютера реализуется одним или несколькими модулями – конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Организация структуры компьютера на модульной основе аналогична строительству блочного дома. Основными модулями компьютера являются память и процессор. Процессор – это устройство управляющее работой всех блоков компьютера. Действия процессора определяются командами программы, хранящейся в памяти.

Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистрально-модульный принцип имеет ряд достоинств:

1. для работы с внешними устройствами используются те же команды процессора, что и для работы с памятью.

2. подключение к магистрали дополнительных устройств не требует изменений в уже существующих устройствах, процессоре, памяти.

3. меняя состав модулей можно изменять мощность и назначение компьютера в процессе его эксплуатации.

Дата добавления: 2015-04-23