Базовые логические функции

Базовая схема ЭВМ. Машина фон Неймана.

Введение в двоичную логику проще всего начать с простого примера, знакомого многим из вас. Представьте себе обычную электрическую лампочку, состояние которой (включена/выключена) управляется двумя выключателями, х1 и х2. Ка­ждый из выключателей может находиться в одном из двух возможных положе­ний, 0 или 1 (рис. 2.1, а). Это означает, что его можно представить как двоичную переменную. Поэтому пусть имена переключателей служат и именами соответст­вующих им двоичных переменных. То, как выключатели будут управлять включением и выключени­ем лампочки, зависит от соединения их проводов. Свет горит лишь в том случае, если образуется замкнутый контур, соединяющий лампочку с источником пита­ния.

Рис. 2.1. Схемы включения электрической лампочки: лампочка, управляемая двумя выключателями (а); параллельное соединение выключателей — схема ИЛИ (б); последовательное соединение выключателей — схема И (в); соединение выключателей по схеме Исключающее ИЛИ (г)

Машина фон Неймана - математическая модель, абстракция принципов, по которым работают почти все современные электронные компьютеры.

Согласно принципам, сформулированным в начале 20-го века математиком Фон-Нейманом, компьютер должен:

иметь оперативную память

программу, которая используется для управления компьютером и хранится в оперативной памяти наравне с данными

код программы хранится и выполняется последовательно (линейно) сверху вниз

В 1946 году группа ученых во главе с Джоном фон Нейманом (Г.Голдстайн, А.Беркс) написали статью «Предварительное рассмотрение логической конструкции ЭВ устройства». Там обосновывается использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций). До этого машины хранили данные в 10–ом виде.

1.Принцип программного управления. Он обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Как это выполняется? Введем 2 определения. Регистр – специализированная дополнительная ячейка памяти в процессоре. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Счетчик команд – регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды, он служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти. То есть, с его помощью осуществляется выборка программы из памяти. Этот регистр последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым осуществляется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой – то другой, используются команды условного или безусловного переходов. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что храниться в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Иногда этот принцип называют «принцип хранимой команды». И это отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатом вычислений.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Это позволяет обращаться к произвольной ячейке (адресу) без просмотра предыдущих.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон неймановских. На сегодняшний день это подавляющие большинство компьютеров, в том числе и IBM PС–совместимые. Но есть и компьютерные системы с иной архитектурой – например системы для параллельных вычислений.

Дата добавления: 2015-04-24