Принципы фон-Неймана

Большинство современных ЭВМ строится на базе принципов, формулированных американским уче­ным, одним из «отцов» кибернетики Док. фон Нейманом. Впервые эти принципы были опубликованы фон Нейманом в 1945 г. в его предложениях по машине EDVAC. Эта ЭВМ была одной из первых I машин с хранимой программой, т.е. с программой, запомненной в I памяти машины, а не считываемой с перфокарты или другого подоб­ного устройства. В целом эти принципы сводятся к следующему:

1) Основными блоками фон-неймановской машины являются блок управления, арифметико-логическое устройство, память и уст­ройство ввода-вывода (рис.6.1).

2) Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на [единицы, называемые словами.

3) Алгоритм представляется в форме последовательности управ­ляющих слов, которые определяют смысл операции. Эти управляю­щие слова называются командами. Совокупность команд, представ­ляющая алгоритм, называется программой.

Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема ЭВМ:

УПД — устройство подготовки данных; УВВ — устройство ввода информации; ОЗУ — опе­ративное запоминающее устройство; ВЗУ — внешнее запоминающее устройство; АЛУ — арифметико-логическое устройство; УУ — устройство управления; ПУ —пульт управления; УВыв — устройство вывода информации

4) Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Разно­типные слова различаются по способу использования, но не по спо­собу кодирования.

5) Устройство управления и арифметическое устройство обычно объединяются в одно, называемое центральным процессором. Они определяют действия, подлежащие выполнению, путем считывания команд из оперативной памяти. Обработка информации, предписан­ная алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой.

Принципы фон-Неймана практически можно реализовать множе­ством различных способов. Здесь приведем два из них: ЭВМ с шин­ной и канальной организацией. Перед тем как описать принципы функционирования ЭВМ, введем несколько определений. Архитек­тура ЭВМ — абстрактное определение машины в терминах основ­ных функциональных модулей, языка, структур данных. Архитектура не определяет особенности реализации аппаратной части ЭВМ, вре­мени выполнения команд, степени параллелизма, ширины шин и дру­гих аналогичных характеристик. Архитектура отображает аспекты структуры ЭВМ, которые являются видимыми для пользователя: сис­тему команд, режимы адресации, форматы данных, набор программ­но-доступных регистров. Одним словом, термин «архитектура» ис­пользуется для описания возможностей, предоставляемых ЭВМ. Весьма часто употребляется термин конфигурация ЭВМ, под которым понимается компоновка вычислительного устройства с четким опре­делением характера, количества, взаимосвязей и основных характе­ристик его функциональных элементов. Термин «организация ЭВМ» определяет, как реализованы возможности ЭВМ.

Команда - совокупность сведений, необходимых процессору для выполнения определенного действия при выполнении программы. Команда состоит из кода операции, содержащего указание на опера­цию, которую необходимо выполнить, и нескольких адресных полей, содержащих указание на места расположения операндов команды. Способ вычисления адреса по информации, содержащейся в адрес­ном поле команды, называется режимом адресации. Множество ко­манд, реализованных в данной ЭВМ образует ее систему команд.

Дата добавления: 2014-01-07