Практическая работа №6. Архитектура эвм Классическая архитектура эвм (Фон-Неймановская архитектура)
Архитектура ЭВМ — описание устройства и функционирования ЭВМ без подробностей технической реализации. В понятие архитектуры входит: описание состава основных функциональных узлов и их информационного взаимодействия; описание способов представления информации в компьютере; описание структуры процессора и языка машинных команд.
Машина фон Неймана — архитектура ЭВМ, предложенная американским ученым Джоном фон Нейманом в 1946 году. Основные принципы включают:
1. Принцип программного управления. Из него следует, 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
2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что храниться в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Иногда этот принцип называют «принцип хранимой команды». И это отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатом вычислений.
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 пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Это позволяет обращаться к произвольной ячейке (адресу) без просмотра предыдущих.
Согласно принципам фон Неймана система должна работать с двоичными числами, быть электронной (а не механической) и выполнять операции последовательно, одну за другой. Принципы фон Неймана стали общепринятыми только потому, что широко применялись все время. Они были положены в основу как больших ЭВМ первых поколений, так и более поздних мини-, микроЭВМ и персональных компьютеров (ПК).
Схема устройств однопроцессорной ЭВМ
Устройства ввода
Внутренняя память
Внешняя память
Устройства вывода
Процессор
устройства связи
компьютера с внешним миром
устройства хранения оперативной информации и ее обработки
устройства долговременного
хранения информации
О способах двоичного представления информации в памяти ЭВМ, об использовании двоичной системы счисления мы уже говорили на прошлых практических занятиях. В данной работе рассматривается язык машинных команд компьютера. При этом не будут подробно излагаться языки «настоящих» ЭВМ, а будет использована методика «учебных компьютеров».