Основным отличием вычислительной машины от таких счётных устройств как счёты, арифмометр, калькулятор, заключается в том, что вся последовательность команд на вычисление предварительно записывается в память вычислительной машины и выполняется последовательно автоматически. Впервые принцип вычислительной машины с автоматическим выполнением команд предложил американский учёный фон Нейман. Он описал основные узлы, которые должна содержать такая машина. Такой принцип получил название фон-неймановской вычислительной машиной. Большинство современных КС, в настоящее время, построено именно по этому принципу.
Машина фон Неймана состояла из памяти, представлявшей собой набор регистров, АЛУ, устройства ввода-вывода и устройства управления (рис. 2.8).
Устройство ввода передавало команды и данные в АЛУ, откуда они записывались в память. Все команды, совокупность которых называется программой, записываются в память в соседние ячейки по возрастанию их адресов, а данные, которые требуют обработки в ячейки с произвольными адресами. Последняя команда программы – это обязательно команда остановки работы.
Автоматизированная программа УПРАВЛЕНЧЕСКОГО УЧЕТА компании в Excel — профессиональное решение!
Каждая команда содержит код операции, которую необходимо выполнить и адреса ячеек, в которых находятся данные, обрабатываемые этой командой. Устройство управления содержит специальный регистр, который называется «Счётчик команд». После загрузки программы и данных в память в счётчик команд записывается адрес первой команды программы. После чего вычислительная машина переходит в режим автоматического выполнения программы.
Устройство управления считывает из памяти содержимое ячейки памяти, адрес которой находится в счётчике команд, и помещает его в специальное устройство – «Регистр команд». Регистр команд хранил команду во время её исполнения. Устройство управления расшифровывает тип операции команды, считывает из памяти данные, адреса которых указанны в команде и приступает к её выполнению.
Для каждой команды устройство управления имеет свой алгоритм обработки, который заключается в выработке управляющих сигналов для всех остальных устройств машины. Этот алгоритм мог быть реализован на основе комбинационных логических схем или с помощью специальной внутренней памяти, куда эти алгоритмы были записаны в виде микрокоманд, объединённых в микропрограммы. Выполнение микропрограммы происходит по тому же принципу, что и программы в основной памяти, то есть по принципу фон Неймана. Каждая микрокоманда содержит набор управляющих сигналов для устройств машины. Отметим, что устройства управления выполнением команд процессоров в современных компьютерных системах так же строятся по принципу комбинационных схем или микропрограммных автоматов, в соответствии с чем, делятся на RISC и CISC процессоры, о которых будет рассказано ниже.
Микропрограмма выполнения любой команды обязательно содержит сигналы, изменяющие содержимого счётчика команд на единицу. Таким образом, после завершения выполнения очередной команды, счётчик команд указывал на следующую ячейку памяти, в которой находилась следующая команда программы.
Каспаров – что происходит с Россией / Kasparov – What’s happening to Russia
Устройство управления читает команду, адрес которой находится в счётчике команд, помещает её в регистр команд и т.д. Этот процесс продолжается до тех пор, пока очередная исполняемая команда не оказывается командой останова исполнения программы. Интересно отметить, что и команды и данные, находящиеся в памяти, представляют собой целочисленные двоичные наборы. Отличить команду от данных устройство управления не может, поэтому если программист забыл закончить программу командой останова, устройство управления читает следующие ячейки памяти, в которых уже нет команд программы, и пытается интерпретировать их как команды.
Особым случаем можно считать команды безусловного или условного перехода, когда требуется выполнить команду, не следующую по порядку за текущей, а отстоящую от данной на какое-то количество адресов. В этом случае команда перехода содержит адрес ячейки, куда требуется передать управление. Этот адрес записывается устройством управления непосредственно в счётчик команд и происходит переход на соответствующую команду программы.
Источник: studopedia.su
Принцип автоматической обработки информации вычислительным устройством.
Основным отличием вычислительной машины от таких счетных устройств, как счеты, арифмометр, калькулятор, заключается в том, что вся последовательность команд на вычисление предварительно записывается в память вычислительной машины и выполняется последовательно автоматически. Впервые принцип вычислительной машины с автоматическим выполнением команд предложил американский ученый фон Нейман. Он описал основные узлы, которые должна содержать такая машина. Этот принцип получил название фон-неймановской вычислительной машины. Большинство современных КС в настоящее время построено именно по этому принципу.
Машина фон Неймана состояла из памяти, представлявшей собой набор регистров, АЛУ, устройства ввода-вывода и устройства управления (рис. 3).
Устройство ввода передавало команды и данные в АЛУ, откуда они записывались в память. Все команды, совокупность которых называется программой, записываются в память в соседние ячейки по возрастанию их адресов, а данные, которые требуют обработки, в ячейки с произвольными адресами. Последняя команда программы — это обязательно команда остановки работы.
Каждая команда содержит код операции, которую необходимо выполнить, и адреса ячеек, в которых находятся данные, обрабатываемые этой командой. Устройство управления содержит специальный регистр, который называется «Счетчик команд». После загрузки программы и данных в память в счетчик команд записывается адрес первой команды программы. После чего вычислительная машина переходит в режим автоматического выполнения программы.
Устройство управления считывает из памяти содержимое ячейки памяти, адрес которой находится в счетчике команд, и помещает его в специальное устройство – «Регистр команд». Регистр команд хранит команду во время ее исполнения. Устройство управления расшифровывает тип операции команды, считывает из памяти данные, адреса которых указаны в команде, и приступает к ее выполнению.
Для каждой команды устройство управления имеет свой алгоритм обработки, который заключается в выработке управляющих сигналов для всех остальных устройств машины. Этот алгоритм мог быть реализован на основе комбинационных логических схем или с помощью специальной внутренней памяти, куда эти алгоритмы были записаны в виде микрокоманд, объединенных в микропрограммы. Выполнение микропрограммы происходит по тому же принципу, что и про граммы в основной памяти, т.е. по принципу фон Неймана. Каждая микрокоманда содержит набор управляющих сигналов для устройств машины. Отметим, что устройства управления выполнением команд процессоров в современных компьютерных системах также строятся по принципу комбинационных схем или микропрограммных автоматов, в соответствии с чем, делятся на RISC и CISC процессоры, о которых будет рассказано ниже.
Микропрограмма выполнения любой команды обязательно содержит сигналы, изменяющие содержимого счетчика команд на единицу. Таким образом, после завершения выполнения очередной команды, счетчик команд указывал на следующую ячейку памяти, в которой находилась следующая команда программы.
Устройство управления читает команду, адрес которой находится в счетчике команд, помещает ее в регистр команд и т.д. Этот процесс продолжается до тех пор, пока очередная исполняемая команда не оказывается командой останова исполнения программы1. Интересно отметить, что и команды, и данные, находящиеся в памяти, представляют собой целочисленные двоичные наборы. Отличить команду от данных устройство управления не может, поэтому, если программист забыл закончить программу командой останова, устройство управления читает следующие ячейки памяти, в которых уже нет команд программы, и пытается интерпретировать их как команды.
Особым случаем можно считать команды безусловного или условного перехода, когда требуется выполнить команду, не следующую по порядку за текущей, а отстоящую от данной на какое-то количество адресов. В этом случае команда перехода содержит адрес ячейки, куда требуется передать управление. Этот адрес записывается устройством управления непосредственно в счетчик команд и происходит переход на соответствующую команду программы.
Источник: studfile.net
принципы автоматического исполнения программ в эвм — презентация
Первый слайд презентации: принципы автоматического исполнения программ в эвм
ЭВМ – это комплекс программных средств, предназначенных для автоматической обработки информации.
Изображение слайда
Слайд 2: ПРИНЦИПЫ ПОСТОЕНИЯ И АРХИТЕКТУРА ЭВМ
ЭВМ, компьютер – это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач. Требования пользователей к выполнению вычислительных работ определяется подбором и настройкой технических и программных средств объединенных в одну структуру.
Структура ЭВМ – это совокупность ее элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств. Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение.
Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники: 1. Инженеры (схема техники) – проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы сопряжения друг с другом. 2. Системные программисты – создают программы управления техническими средствами, информационного распределения между уровнями, организацию вычислительного процесса. 3. Прикладные программисты – разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователя с ЭВМ и необходимый для этого сервис. 4. Специалисты по эксплуатации ЭВМ – занимаются общими вопросами взаимодействия пользователя с ЭВМ.
Изображение слайда
Слайд 3: Классификация ЭВМ
Величина и разнообразие современного парка ЭВМ потребовали системы квалификации ЭВМ. Предложено много принципов классификации: Классификация ЭВМ по поколениям (по элементарной базе): 1. Классификация ЭВМ по форме представления величин вычислительной машины делят на: — аналоговые (непрерывного действия) АВМ — цифровые (дискретного действия) ЦВМ — аналого-цифровые (гибридные) ГВМ В АВМ обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых вычислений: ток, напряжение угол поворота. В ЦВМ (ЭВМ) информация кодируется двоичным кодом. Широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные ЦВМ. — Первое поколение (50г.): ЭВМ на электронных вакуумных лампах. — Второе поколение (60г.): ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах). — Третье поколение (70г.): ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой степенью интеграции. — Четвертое поколение (80г.): ЭВМ на больших интегральных схемах. — Пятое поколение (90): ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах. — Шестое и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной степенью большого числа несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем. Классификация ЭВМ
Изображение слайда
Слайд 4: Любая ЭВМ имеет устройство ввода информации, с помощью которого в ЭВМ вводят программы решения задач и данные к ним
ОЗУ – предназначено для оперативного запоминания программы хранящейся в исполнении. ВЗУ – предназначено для долговременного хранения информации. Кэш-память – промежуточная память между ОЗУ и ВЗУ. УУ – предназначено для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ.
АЛУ – выполняет арифметические и логические операции над данными. Основой АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят: сумматоры, счетчики, логические операции. Классическая структура ЭВМ с переходом на БИС (большие интегральные схемы) перешла в понятие архитектура ЭВМ.
Изображение слайда
Слайд 5: Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ
ЭВМ кроме аппаратурной части и ПО ( Hard Ware и Soft Ware ) имеет большое количество функциональных средств. К ним относятся коды, с помощью которых обрабатываемая информация представляется в цифровом виде : 1).Арифметические коды. 2).Помехозащищенные коды. 3).Цифровые коды аналоговых величин.
Кроме кодов на функционирование ЭВМ оказывают влияние: — алгоритмы их формирования и обработки — технологии выполнения различных процедур — способы организации работы различных устройств — организация системы прерывания. Функциональную организацию ЭВМ образуют: коды, системы команд, алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействие Hard и Soft, способы использования устройств при организации их совместной работе, составляющие идеологию функционирования ЭВМ.
Изображение слайда
Слайд 6: Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя
Один из «прозрачных» процессов машины – это организация ввода, преобразование и отображение результатов работы системного программного обеспечения. Программа задания, написанная программистом на алгоритмическом языке называется исходным модулем. Перевод исходной программы на машинный язык осуществляет программа translator. Он делится на: компилятор и интерпретатор.
Интерпретатор – после перевода на язык машины каждого оператора исходного модуля немедленно его исполняет. Компилятор – сначала полностью переводит всю программу исходного модуля на машинный язык, затем его исполняет. Объектный модуль – машинный язык. Полученный объектный модуль записывается в библиотеку объектных модулей или сразу исполняется.
Для исполнения отлаженного объектного модуля к нему могут быть добавлены недостающие программы из библиотеки компиляторов. Такую связь выполняет программа редактор связи. В результате образуется загрузочный модуль. Исполнение загрузочного модуля осуществляется программой – загрузчиком. Операционная система (ОС) – выполняет функцию управления.
Изображение слайда
Слайд 7: СТРУКТУРА АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРОГРАММЫ НА ОСНОВНУЮ ПАМЯТЬ
Для выполнении программы при ее загрузки в оперативную память (ОП) ей выделяется часть машинных ресурсов. Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом, но может производиться и ОС. Выделение ресурсов перед выполнением программы называется статическим перемещением, в результате, которого программа привязывается к определенному месту памяти.
Если ресурсы машины выделяются в процессе выполнения программы, то это называется динамическим перемещением, здесь программа не привязана к определенному месту. При статическом перемещении возможны два случая : 1).Реальная память больше требуемого адресного пространства программы. В этом случае загрузка программы в реальную память производится, начиная с нулевого адреса.
Эта загружаемая программа называется абсолютной программой. 2).Реальная память меньше требуемого адресного пространства. В этом случае возникает проблема организации выполнения программ.
Существует несколько методов решения этой проблемы: — метод оверлейной структуры, в котором программа разбивается на части вызываемые ОП по мере необходимости. — Метод рентабельных модулей, в котором программа разбивается на временные модули доступными к исполнению по нескольким обращениям. В мультипрограммном режиме имеются программы. А, В, С. При работе в мультипрограммном режиме может сложиться в ситуации, когда между программами остаются промежутки свободной памяти. Для того чтобы этого не было, применяют программу дефрагментации диска.
Изображение слайда
Слайд 8: Виртуальная память
Реальную память можно «увеличить» имитируя работу с максимальной памятью. Программист предполагает, что ему предоставлена «реальная» память максимально доступная для ЭВМ. Такой режим называют режим виртуальной памяти. Виртуальной памятью называется теоретически доступная ОП объем, которой определяется только адресной частью команды.
Виртуальная память имеет сигментоно -страничную организацию и реализована в иерархической системе ЭВМ. Часть ее размещается в блоках основной памяти, а часть в ячейках внешней памяти. Записываемая область во внешней страничке памяти называется ячейкой или слотом. Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти. Загрузить программу в виртуальную память – это, значит, перезаписать несколько страниц из внешней страничной памяти в основную.
Изображение слайда
Слайд 9: Система прерываний ЭВМ
Изображение слайда
Слайд 10: ЦЕНТРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ
Основная память и состав устройства Запоминающими устройствами (ЗУ) называются комплекс программных средств, реализующих функции памяти. ЗУ делят на: 1).Основную память (ОП) 2).Сверх оперативная память (СОЗУ) 3).Внешняя память (ВЗУ) ОП включает в себя два типа устройств: — ОЗУ (RAM – random aces memory ) — ПЗУ (ROM – read only memory ) ОЗУ – предназначено для хранения переменной информации. ПЗУ – содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислений. Функциональные возможности ОЗУ шире ПЗУ, но ПЗУ – энергонезависимо и имеет большее быстродействие.
Источник: showslide.ru