Основные принципы архитектуры фон Неймана

Основные принципы архитектуры фон Неймана состоят в следующем.

1) ЭВМ состоит из устройства управления, арифметико-логического устройства – Arithmetic Logic Units, ALU (в современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором, микропроцессором), запоминающего устройства (памяти) и устройства ввода-вывода.

2) Память состоит из ячеек, имеющих каждая свой адрес. Каждая ячейка хранит команду программы или некоторую единицу обрабатываемой информации (операнд), причём и команда и операнд выглядят одинаково, в виде двоичного кода.

3) Арифметико-логическое устройство предназначено для непосредственного выполнения задаваемых в команде арифметических и логических операций над операндами. Оно имеет набор быстродействующих ячеек памяти, которые называются регистрами процессора. Обработка информации, происходит только в этих регистрах.

Информацию в процессор можно ввести из любой ячейки памяти или внешнего устройства и, наоборот, можно направить из процессора в любую ячейку или на внешнее устройство.

4) В любой момент процессор выполняет одну команду программы, адрес которой находится в специальном регистре процессора – счётчике (указателе) команд. В команде определяются не только предписания о том, над какими операндами надо выполнить какую операцию и куда положить результат, но и как изменить содержимое счётчика команд, чтобы знать, откуда взять для выполнения следующую команду. Именно это обеспечивает автоматизм работы ЭВМ.

5) Процессор исполняет машинную программу команда за командой в соответствии с изменением содержимого счётчика команд и расположением команд в памяти, пока не получит команду остановиться.

Процессор является основным устройством ЭВМ. Он предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в запоминающем устройстве машинной программе и обеспечения общего управления ЭВМ.

Быстродействие ЭВМ в значительной степени определяется скоростью работы процессора.

Алгоритм работы процессора у современных ЭВМ может иметь некоторые отличия от классического фон-неймановского. Например,

l процессор может считывать из памяти и выполнять одновременно не одну, а несколько команд (суперскалярная архитектура) и хранить их в специальной очереди команд;

l используемые команды и данные могут храниться не в основной, а в быстродействующей буферной кэш-памяти и т.д.

Основным фактором, определяющим быстродействие процессора, является тактовая частота. Передача информации между процессором и ЗУ, а, следовательно, выполнение каждой команды может осуществляться только в строго определенные моменты времени, соответствующие появлению синхронизирующих (тактовых) импульсов. При этом, как правило, для выполнения команды требуется несколько тактов времени.

Поэтому, что чем выше тактовая частота, тем больше количество операций, выполняемых центральным процессором в единицу времени. Современные процессоры могут выполнять за один такт 4 простейшие команды.

Выделяют несколько поколений развития ЭВМ:

1) Элементы ЭВМ 1-ого поколения были построены на электронно-вакуумных лампах.

2) Элементной базой ЭВМ 2-ого поколения являлись транзисторы.

3) ЭВМ 3-его поколения — это семейства машин с единой архитектурой, программно совместимых, построенных на полупроводниковых схемах средней и большой степени интеграции.

4) Элементной базой ЭВМ 4-ого поколения являются полупроводниковые схемы сверхбольшой степени интеграции (СБИС, чипы). К машинам этого поколения относятся и современные персональные компьютеры с процессором Intel Pentium IV.

Дата добавления: 2015-04-24