Общая структура процессорных устройств обработки информации

Лекция 3.

и принципы фон Неймана.

Со времен появления в 40-х годах 20века первых электронных цифровых вычислительных машин технология их производства была значительно усовершенствована. Благодаря развитию интегральной технологии существенно улучшились их характеристики, значительно снизилась стоимость. Однако, несмотря на успехи, достигнутые в области технологии, существенных изменений в базовой структуреи принципах работы вычислительных машин не произошло.

Так, в основу построения подавляющего большинства современных компьютеров положены общие принципы функционирования вычислительных устройств, сформулированные еще в 1945году американским ученым Джоном фон Нейманом.

Согласно фон Нейману, для того чтобы ЭВМ была универсальным и эффективным устройством обработки информации, она должна строиться в соответствии со следующими принципами:

1) Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы (элементы) информации, называемые словами.

Использование в ЭВМ двоичных кодов продиктовано в первую очередь спецификой электронных схем, применяемых для передачи, хранения и преобразования информации. В этом случае конструкция ЭВМ предельно упрощается, и ЭВМ работает наиболее надежно (устойчиво). Совокупность нолей и единиц (битов информации), используемые для представления отдельных чисел, команд и т.п., рассматриваются как самостоятельные информационные объекты и называются словами. Слово обрабатывается в ЭВМ как одно целое – как машинный элемент информации.

2) Разнотипные слова информации хранятся в одной и той же памяти и различаются по способу использования, но не по способу кодирования.

Все слова, представляющие числа, команды и др. объекты, выглядят в ЭВМ совершенно одинаково, и сами по себе неразличны. Только порядок использования слов в программе вносит различия в слова.

3) Слова информации размещаются в ячейках памяти машин и идентифицируются номерами ячеек, называемыми адресами слов.

Структурно основанная память состоит из перенумерованных ячеек. Ячейка памяти выделяется для хранения значения величины. Чтобы записать слово в память. Необходимо указать адрес ячейки, отведенной для хранения соответствий величины. Чтобы выбрать слово из памяти (прочитать его), следует опять же указать адрес ячейки памяти. Т.е. адрес ячейки, в которой хранится величина или команда, становится машинным идентификатором (именем) этой величины или команды.

4) Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов, называемых командами, которые определяют наименование операции и слова информации, участвующие в операции. Алгоритм, представленных в терминах машинных команд, называется программой.

В общем случае алгоритм в ЭВМ представляется в виде у порядочной последовательности команд следующего вида:

вв.….в вв.…в вв.…в,… вв.…в

КОП

где в - двоичная переменная, принимающая значение 0 или 1.

Определенное число первых разрядов команды характеризует код операции (КОП) последующие наборы двоичных переменных вв.….в определяют адреса операндов, участвующих в операции, заданной кодом КОП.

5) Выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последовательному

выполнению команд в порядке, однозначно определяемой программой.

Первой выполняется команда, заданная пусковым адресом программы, обычно этот адрес первой команды программы. Адрес следующей команды определяется в процессе выполнения текущей команды и может быть адресом следующей по порядку команды. Процесс вычислений продолжается до тех пор, пока не будет выполнена команда, предписывающая прекращение вычислений.

! Перечисленные принципы функционирования ЭВМ предполагают, что компьютер должен иметь следующие устройства:

- арифметико – логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции;

- устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения программы;

- запоминающее устройство (ЗУ), или память для хранения программ и данных;

- внешние устройство для ввода (устройство ввода) и вывода (устройства вывода) информации.

При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру.

Под архитектурой ЭВМ понимают ее логическую операцию. Состав и назначение ее функциональных средств, принципы кодирования и т.п., т.е. все то. Что однозначно определяет процесс обработки информации на данной ЭВМ.

Структура ЭВМ – совокупность элементов компьютера и связей между ними.

В современных информационных системах машинной обработки информации предполагает последовательно-параллельное во времени решении вычислительных задач. Это возможно при наличии определенной операции вычислительного процесса. В вычислительных системах принята система диспетчерирования.

Каждая вычислительная задача, поступающая в вычислительную систему, может быть рассмотрена как некоторая заявка на обслуживание. Последовательность вычислительных задач во времени создает поток заявок. В соответствии с требованиями на организацию вычислительного процесса происходит перераспределение поступающих задач в соответствии с принятой схемой диспетчерирования.

Обобщенная структура вычислительной системы