Любой компьютер построен на общих принципах, которые позволяют выделить следующие главные устройства:
- — память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;
- — процессор, включающий в себя устройство управления (У У) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);
- — устройства ввода;
- — устройство вывода.
Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, которые сформулировал в 1945 г. Джон фон Нейман.
- Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
- Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами в памяти можно выполнять такие же действия, как и над данными. Таким образом, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
- Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.
21.09.2021 Архитектура АВМ. Принципы Неймана. (вопросы с гос. экзамена!)
Источник: shkolo.ru
Принцип программного управления заключается в том, что 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 длину команды.
А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется 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, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”.
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
Машинная команда представляет собой код, определяющий операцию вычислительной машины и данные, участвующие в операции. Команда должна содержать в явной или неявной форме информацию об адресе результата операции, и об адресе следующей команды.
Машинная операция – это действия машины по преобразованию информации, выполняемые под воздействием одной команды.
[на 100 баллов] Тест 1 по информатике (НСПК)
Программа – последовательность команд, отображающих все действия, необходимые для решения задачи по некоторому алгоритму.
Машинный такт – период тактовой частоты работы процессора.
Машинный цикл – количество машинных тактов, требуемых для выполнения одной команды.
По характеру выполняемых операций различают следующие основные группы команд:
● арифметические операции над числами с фиксированной или плавающей точкой;
● команды двоично-десятичной арифметики;
● логические (поразрядные) операции;
● пересылка операндов;
● операции ввода-вывода;
● передача управления;
● управление работой центрального процессора.
Машинная команда состоит из операционной и адресной частей. Эти части могут состоять из нескольких полей. В общем виде машинная команда имеет следующую структуру:
Операционная часть содержит код, задающий вид операции (сложение, умножение, передача и т.д.).
Адресная часть содержит информацию об адресах операндов, результата операции и следующей команды.
Структура команды определяется составом, назначением и расположением полей в команде.
Формат команды – это структура команды с разметкой номеров разрядов, определяющих границы отдельных полей команды.
Структуры машинных команд
Четырехадресная структура
содержит наиболее полную информацию о выполняемой операции, включает поле кода операции и четыре адреса для указания ячеек памяти двух операндов, ячейки результата операции, и ячейки, содержащей адрес следующей команды. Такой порядок выборки команд называется принудительным. Он использовался в первых моделях вычислительных машин, имеющих небольшое число команд и очень незначительный объем ОП, поскольку длина такой команды зависит от разрядности адресов операндов и результата.
Трехадресная структура
используется в вычислительных машинах, построенных так, что после выполнения команды по адресу K (команда занимает L ячеек памяти) выполняется команда по адресу K+L. Такой порядок выборки команд называется естественным. Он нарушается только специальными командами передачи управления. При естественном порядке выборки адрес следующей команды формируется в устройстве, называемом счетчик адреса команд. В этом случае команда становится трехадресной.
Двухадресная структура
используется в вычислительных машинах, построенных так, что результат операции будет всегда помещаться в фиксированный регистр процессора, например на место первого операнда. В этом случае адрес результата может явно не указываться.
Одноадресная структура
подразумеваемые адреса имеют результат операции и один из операндов. При этом один из операндов и результат операции размещаются в одном фиксированном регистре. Выделенный для этой цели внутренний регистр процессора получил название аккумулятор. Адрес другого операнда указывается в команде.
Безадресная структура фиксирует адреса обоих операндов и результата операции, например при работе со стековой памятью.
Обычно в вычислительной машине используется несколько форматов команд разной длины (чаще всего безадресные, одноадресные и двухадресные).
Источник: cyberpedia.su
Принципы построения ЭВМ
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены принципы, сформулированные американским ученым Джоном фон Нейманом в 1945 г.
Принцип программного управления. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является принцип программного управления. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа.
Программа, требуемая для работы ЭВМ, предварительно размещается в памяти компьютера, а не вводится команда за командой. Память строится по принципу иерархии: для часто используемых данных выделяется память меньшего объема, но большего быстродействия; для редко используемых данных выделяется память большего объема, но меньшего быстродействия.
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 длину команды.
А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.
Если нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к другой, используются команды условного и безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп».
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.Принцип программного управления реализуется за счет наличия в компьютере устройства управления и развитого запоминающего устройства.
Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда.Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов – бит, объединенных в группы по 8 бит, которые называются байтами. Все байты пронумерованы.
Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова – чаще всего четыре байта. Как правило, в одном машинном слове может быть представлено одно целое число, либо одна команда. Широко используются более крупные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, Терабайт, Петабайт.
Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Компьютеры, построенные на этих принципах, называются фон-неймановские.
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д.
Структура компьютера – это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами выступают самые различные устройства – от основных логических узлов компьютера до простейших схем.
Связь между устройствами компьютера осуществляется с помощью сопряжений, которые в вычислительной технике называются интерфейсами. Интерфейс представляет собой совокупность стандартизированных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информацией между устройствами. В основе построения интерфейсов лежит унификация и стандартизация.
Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) –одно АЛУ, через которое проходит поток данных, и одно УУ, через которое проходит поток команд – программа. Это однопроцессорный компьютер (см. рис.20).
Рис.20 Классическая архитектура ЭВМ
К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной, называемой также системной магистралью(см. рис.21). Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на три группы: шину адреса, шину команд, шину данных.
Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи данных, называется разрядностью шины. Разрядность определяет число битов информации одновременно передаваемых по шине. Количество проводов для передачи адресов, или адресных линий, определяет, какой объем оперативной памяти может быть адресован.
Рис. 21Архитектура ЭВМ с общей шиной
Периферийные устройства подключаются к компьютеру через специальные микросхемы – контроллеры. Контроллер – устройство для управления периферийным устройством. Контроллеры освобождают процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.
Единая система аппаратных соединений значительно упростила структуру, сделав ее более децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.
Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных компьютеров: модульность построения, магистральность, иерархия управления.
Модульность построения предполагает выделение в структуре компьютера достаточно автономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модули памяти, накопитель на жестком диске, видеокарта и другие).
Модульная конструкция компьютера превращает его в открытую систему, способную к адаптации и совершенствованию. К компьютеру можно подключать дополнительные устройства, улучшая его технические и экономические показатели. Появляется возможность увеличения вычислительной мощности, улучшения структуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения и управления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиям применения в соответствии с требованиями пользователя.
Контрольные вопросы для самоподготовки студентов
1. Что является основным принципом построения современных компьютеров?
2. Что обеспечивает принцип программного управления?
3. За счет наличия каких блоков в компьютере реализуется принцип программного управления?
4. Приведите классическую архитектуру компьютера.
5. Какие устройства имеются в архитектуре любого компьютера? Как они взаимодействуют?
6. Для чего предназначено устройство управления?
7. Для чего предназначено АЛУ?
8. Что такое интерфейс?
9. Привести структурную схему компьютера с шинным интерфейсом.
10. Что представляет собой шина?
11. Что такое контроллеры? Их назначение?
Дата добавления: 2016-05-31 ; просмотров: 7739 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник: poznayka.org