Часть 3. На каких принципах построены компьютеры

В основу построения подавляющего большинства компьюте­ров положены 3 принципа, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически 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 перехода, 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.

2. 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. Над командами можно выпол­нять такие же действия, как и над данными.

Это открывает целый ряд возможностей. Например, програм­ма в процессе своего выполнения также может подвергаться перера­ботке, что позволяет задавать в самой программе правила получении некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение цик­лов и подпрограмм).

Более того, 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.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумеро­ванных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна лю­бая ячейка.

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследст­вии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Компьютеры, построенные на перечисленных принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без счетчика команд, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам необязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не фон-неймановскими.