Архитектура фон-Неймана

В 1946 году группа учёных во главе с Джоном фон Нейманом (Г.Голдстайн, А. Беркс) опубликовали статью «Предварительное рассмотрение логической конструкции Электронно-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 десятеричном виде), выдвигалась идея использования программами общей памяти. 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 программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности.

2. Принцип однородности памяти. Как программы, 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.

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

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фоннеймановских.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) содержит устройства для выполнения операций, хранения операндов и результата, а также устройства для сигнализации о «качественном» результате выполнения, так называемые флаги.

Устройство управления (УУ) предназначено для осуществления выборки данных и команд из памяти, выполнения команд программы, и анализа состояния флагов.

Достоинства архитектуры:

1. Простота исполнения — для доступа к командам и данным используется одна адресная шина, и один массив памяти

Непосредственный доступ к памяти позволяет управлять ходом программы, или даже изменять её во время выполнения

Программам доступна вся имеющаяся память, и они могу произвольно использовать её

Недостатки:

1. Нет механизмов защиты от случайного «выполнения данных»

Нет механизмов защиты от воздействия вредоносных программ, и разделения памяти между процессами

Размер команд процессора должен соответствовать величине шины данных, так невозможно в процессоре с 16-ти разрядной шиной данных использовать 17-битные команды, например, для экономии памяти — либо 16-ти битные, либо 32х (или даже более).

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

Дата добавления: 2014-01-05