Фон-Нейманівська архітектура

Шинна архітектура. Набір мікросхем chipset. Шини даних і адреси.

Фон-Нейманівська архітектура. Алгоритмічна універсальність.

Лекція № 7-8

Під архітектурою комп’ютера розуміється особливості його логічної структури, які впливають на проходження програм. Це поняття охоплює формати команд, форми зображення даних, методи адресації, управління операціями введення-виведення, структуру пам'яті, інтерфейси всіх рівнів, реалізацію зовнішніх пристроїв та ін. В той же час такі характеристики ЕОМ, як швидкодія, надійність, елементна база, енергоспоживання та подібні, не розглядаються як складові архітектури.

В основу більшості сучасних комп’ютерів покладено принципи, які в 1946 році були сформовані Джоном фон Нейманом і його колегами і знайшли розповсюдження в літературі під терміном „фон-нейманівської архітектури”.

Основні принципи архітектури фон Неймана такі:

- використання двійкової системи для кодування інформації в комп’ютері

- збереження програм і даних в загальній пам'яті комп’ютера

- адресація пам'яті

- програмне керування роботою комп’ютера

- послідовне виконання команд програми з реалізацією умовних периходів

В 1946 году трое учёных — Артур Бёркс, Герман Голдстайн и Джон фон Нейман — опубликовали статью «Предварительное рассмотрение логического конструирования электронного вычислительного устройства». В статье обосновывалось использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций — до этого машины хранили данные в десятичном виде), выдвигалась идея использования общей памяти для программы и данных. Имя фон Неймана было достаточно широко известно в науке того времени, что отодвинуло на второй план его соавторов, и данные идеи получили название «принципы фон Неймана».

1. Принцип двоичности.

Для представления данных и команд используется двоичная система счисления.

2. Принцип программного управления.

Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определённой последовательности.

Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на.. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода, — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки прерывания.

.

3. Принцип однородности памяти.

Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).

4. Принцип адресуемости памяти.

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

5. Принцип последовательного программного управления.

Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.

6. Принцип условного перехода.

Kоманды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных. (Сам принцип был сформулирован задолго до фон Неймана Адой Лавлейс и Чарльзом Бэббиджем, однако он логически включен в фоннеймановский набор как дополняющий предыдущий принцип.

Дата добавления: 2014-01-04