2.2. Блок-схема эвм
В этой главе рассмотрим архитектуру вычислительной машины, в том числе и персонального компьютера (ПК). Архитектура определяет принципы организации вычислительной системы и функции отдельных устройств системы, не уточняя, как эти принципы реализуются внутри ЭВМ. Основные принципы и схему устройств первых вычислительных машин (рис.2.1.) предложил коллектив ученых во главе с Джоном фон Нейманом. Эти принципы работы во многом сохранились и в современных компьютерах.
Принципы Джона фон Неймана:
1. Принцип двоичного кодирования. В соответствии с этим принципом вся информация кодируется с помощью двоичных сигналов (битов). Ранее для этой цели использовалась десятичная система счисления. 2. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности. 3. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. 4. Принцип адресуемости памяти. ОП состоит из пронумерованных ячеек и процессору в любой момент времени доступна любая ячейка.
Рис. 2.1. Блок – схема ЭВМ по Нейману
Разработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальными, что получили в литературе название «фон-неймановской архитектуры». На базе структуры ЭВМ фон Неймана проектировались вычислительные машины с первого по четвертое поколений. В дальнейшем центральные устройства АЛУ и УУ были объединены в единый блок, называемый центральным процессором (ЦП), который непосредственно осуществляет процесс обработки данных и программное управление этим процессом. (Если ЦП реализован в виде большой интегральной схемы, то он называется микропроцессором МП). Такая блок-схема представлена на рис. 2.2. с указанием минимального набора функциональных блоков.
Процессор, который включает арифметико-логическое устройство (АЛУ), служащее для выполнения арифметических и логических операций, и устройство управления (УУ).
Память для хранения программ, исходных данных и результатов расчета (ЗУ – запоминающее устройство).
Устройства для ввода исходных данных и для вывода результатов (УВВ).
Рис.2.2. Структура ЭВМ
В ЭВМ (рис. 2.2) происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в УУ. Его наличие также является одним из характерных признаков рассматриваемой архитектуры. Подавляющее большинство вычислительных машин на сегодняшний день – фон-неймановские машины. Исключение составляют лишь отдельные разновидности систем для параллельных вычислений, в которых отсутствует счетчик команд, не реализована классическая концепция переменной и имеются другие существенные принципиальные отличия от классической модели (примерами могут служить потоковая и редукционная вычислительные машины). Вероятно, в ЭВМ пятого поколения будет другая архитектура, отличная от фон-неймановской, учитывая тот факт, что в основе обработки информации будут использоваться не вычислительные алгоритмы, а алгоритмы искусственного интеллекта, логические выводы и т.п.