13. Обобщенная структура эвм, архитектура Фон-Неймана.

Э ВМ любого класса состоит из пяти основных компонентов, изображенных на рис.1: арифметическо-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), устройства вывода информации (УвывИ), устройства ввода информации (УВвИ). АЛУ и УУ в современном персональном компьютере - процессор, УВывИ – монитор, принтер; УВвИ – клавиатура, мышка.

Информация, подлежащая обработке в АЛУ, ОЗУ машины, должна быть представлена в виде специальных (машинных) кодов в принятой для данной ЭВМ двоичной системе счисления, т.е. в виде последовательностей нулей и единиц.  Информация, циркулирующая в ЭВМ, подразделяется на следующие виды:

- Данные (информация подлежащая обработке); 

- Команды (информация указывающая вид обработки); 

- Адреса (информация о местонахождении данных и команд).

Архитектура ПК: Лидером в разработке микропроцессоров c полным набором команд (CISC - Complete Instruction Set Computer) считается компания Intel с серией x86 и Pentium. Эта архитектура является практическим стандартом для рынка микрокомпьютеров. Для CISC-процессоров характерно: сравнительно небольшое число регистров общего назначения; большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов; большое количество методов адресации; большое количество форматов команд различной разрядности; преобладание двухадресного формата команд; наличие команд обработки типа регистр-память.   "Мозгом" персонального компьютера является микропроцессор, или центральный процессор - CPU (Central Processing Unit). Микропроцессор выполняет вычисления и обработку данных (за исключением некоторых математических операций, осуществляемых в компьютерах, имеющих сопроцессор).

Процессоры можно классифицировать по двум основным параметрам: разрядности и быстродействию. Быстродействие процессора - довольно простой параметр. Чем выше быстродействие, тем лучше (тем быстрее процессор). Разрядность процессора - параметр более сложный. В процессор входит три важных устройства, основной характеристикой которых является разрядность: шина ввода и вывода данных; внутренние регистры; шина адреса памяти.

А рхитектура Фон-Неймана - принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода бозначают термином «машина фон Неймана». Когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.

В 1946 г. выдвигалась идея использования общей памяти для программы и данных. Принцип двоичного кодирования: вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.

Принцип однородности памяти:  Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Принцип адресуемости памяти:  Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Принцип последовательного программного управления:  Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Принцип жесткости архитектуры: Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских.

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана.

Первыми пятью компьютерами, в которых были реализованы основные особенности архитектуры фон Неймана, были:

Манчестерский Марк I, EDSAC, BINAC, CSIR Mk 1, SEAC.