19, 20, 21. Классическая схема эвм и принципы Джона фон Неймана
В основе построения и функционирования большинства ЭВМ положены общие принципы, сформулированные в 1945 году Джоном фон Нейманом.
1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка команд осуществляется с помощью счетчика команд – регистра процессора, в котором находится адрес выполняемой команды. В процессе выполнения программы содержимое этого регистра увеличивается на единицу. Предполагается, что команды программы находятся в последовательно, друг за другом расположенных ячейках памяти. Если после выполнения текущей команды следует перейти не к следующей, а к какой-либо другой, используются команды перехода. Они формируют адрес следующей команды и изменяют содержимое счетчика команд. Таким образом, процессор последовательно выполняет команды программы, автоматически, без вмешательства человека, под управление программы.
2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в закодированном (двоичном) виде в одной и той же памяти ЭВМ. Над командами, как и над данными можно совершать преобразования.
3. Принцип адресности. Структурно основанная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Области памяти можно именовать.
ЭВМ, построенные на этих принципах, называются фон-неймановскими. Фон – неймановская ЭВМ обеспечивает прием, обработку, хранение и выдачу информации. Она должна иметь функциональные блоки:
Блок ввода информации – совокупность устройств, обеспечивающих прием информации и преобразование ее в машинный вид.
Блок обработки информации – процессор (CPU), запрашивает и выполняет команды программы. Программа и данные к ней находятся в памяти. Процессор всегда знает адрес выполняемой команды. Для хранения адреса команда имеет специальный регистр – счетчик адреса команд (СК). Для хранения кода выполняемой команды имеет регистр команд (РК).
Блок хранения информации – память (внутренняя и внешняя), состоит из пронумерованных (проадресованных) ячеек или блоков, в которых хранится закодированная информация.
Блок выдачи информации – совокупность устройств, обеспечивающих преобразование информации из машинного вида в вид, удобный для восприятия.
Логическую схему первых фон-неймановских машин принято называть классической:
22, 23, 24, 25. Эвм с магистрально – модульной архитектурой
Независимо от поколения и модели ЭВМ обеспечивает автоматизацию информационных процессов: прием, обработку, хранение и выдачу информации. Для этого имеются важнейшие блоки:
Блок ввода информации – совокупность устройств, обеспечивающих прием информации и преобразование ее в машинный вид.
Блок обработки информации – процессор (CPU), запрашивает и выполняет команды программы. Программа и данные к ней находятся в памяти. Процессор всегда знает адрес выполняемой команды. Для хранения адреса команда имеет специальный регистр – счетчик адреса команд (СК). Для хранения кода выполняемой команды имеет регистр команд (РК).
Блок хранения информации – память (внутренняя и внешняя), состоит из пронумерованных (проадресованных) ячеек или блоков, в которых хранится закодированная информация. Внутренняя память содержит выполняемые программы, данные к ним, результаты обработки. Внешняя память обеспечивает долговременное хранение информации.
Блок выдачи информации – совокупность устройств, обеспечивающих преобразование информации из машинного вида в вид, удобный для восприятия.
Для объединения блоков и осуществления связей между ними в современных ЭВМ используется магистрально – модульный принцип. Данный принцип предполагает:
использование магистрали в качестве среды передачи информации между блоками компьютера,
оформление блоков компьютера в виде законченных модулей, которые устанавливаются на магистраль в специальные разъемы.
Следствие - принцип открытой архитектуры, возможность делать upgrade
Логическая структура такой ЭВМ:
Совокупность шин называется магистралью. Каждая шина характеризуется разрядностью в битах. Разрядность – это способность передать одновременно определенное количество бит.
Шина данных предназначена для передачи информации, которая классифицирована как данные. Это: команды, операнды, результаты. Данные могут быть переданы из памяти в процессор для обработки, а также из процессора в качестве результатов. Т. о. данная шина имеет два направления. Разрядность шины определяется разрядностью процессора. Разрядность процессора – количество бит, которые он может принять, обработать, передать.
Шина адреса предназначена для передачи адресов. Это адреса устройства или адреса ячеек памяти, в которые пересылаются или из которых выбираются данные. Выбор устройства или ячейки осуществляет процессор. Информацию для выбора он извлекает из выполняемой команды. Выполняемая команда всегда находится в РК. Адрес передается только в одном направлении – от процессора к другим устройствам. Шина адреса – однонаправленная. Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти – количество адресуемых ячеек. Это количество можно рассчитать по формуле:
M=2n , где n – разрядность шины адреса.
Шина управления предназначена для передачи сигналов от процессора, определяющих характер обмена информацией по магистрали. Управляющие сигналы показывают, какую операцию (считывание, записи) нужно производить. Шина управления однонаправленная. Разрядность шины зависит от количества режимов, реализованных в ЭВМ.
Самое быстрое устройство в ЭВМ – процессор. Скорость его работы несравнима со скоростью работы внешних устройств, так как в них есть механические части. Если процессор «заставить» заниматься обменом информацией с внешними устройствами непосредственно, он будет простаивать в ожидании. Непосредственным управлением работой периферийных устройств современный процессор не занимается. Для хранения передаваемо или принимаемой информации ПУ имеет собственную память – буфер. Это делают контроллеры. Контролер – схема, управляющая, работой внешнего устройства. Т.о. контроллеры повышают эффективность работы ЭВМ.
Такова внутренняя структура вычислительной машины с магистральной архитектурой.