Понятие архитектуры эвм
С середины 60-х годов существенно изменился подход к созданию вычислительных машин. Вместо независимой разработки аппаратуры и некоторых средств математического обеспечения стала проектироваться система, состоящая из совокупности аппаратных (hardware) и программных (software) средств. При этом на первый план выдвинулась концепция их взаимодействия. Так возникло принципиально новое понятие — архитектура ЭВМ.
Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.
Архитектура ЭВМ охватывает широкий круг проблем, связанных с построением комплекса аппаратных и программных средств и учитывающих множество факторов. Среди этих факторов важнейшими являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство эксплуатации, а одним из главных компонентов архитектуры являются аппаратные средства.
Системы счисления
Система счисления — это совокупность приемов и правил для изображения чисел с помощью символов (цифр), имеющих определенные количественные значения. В зависимости от способов изображения чисел цифрами системы счисления бывают непозиционные и позиционные. В ЭВМ применяются позиционные системы счисления. Непозиционные системы счисления в ВТ не используются из-за своей громоздкости и сложности правил образования.
Непозиционной системой счисления называется такая система, в которой количественное значение каждой цифры не зависит от занимаемой ею позиции (места) в изображении числа, а определяется лишь самим символом (цифрой).
Позиционной системой счисления называется такая система, в которой количественное значение каждой цифры зависит от ее позиции (места) в числе. Примером может служить обычная (арабская) десятичная система счисления.
От выбора системы счисления при проектировании ЭВМ зависят такие ее характеристики, как скорость вычислений, объем памяти, сложность алгоритмов выполнения арифметических операций. С точки зрения технической реализации наилучшей является двоичная система счисления, так как для построения ЭВМ нашли широкое применение двухпозиционные элементы.
Двоичная система счисления в ЭВМ является основной системой счисления, в которой осуществляются арифметические и логические преобразования информации в устройствах ЭВМ.
Процессоры с классической архитектурой
В каждой области науки и техники существуют некоторые фундаментальные идеи или принципы, которые определяют ее содержание и развитие. В компьютерной науке роль таких фундаментальных идей сыграли принципы, сформулированные независимо друг от друга двумя гениями современной науки - американским математиком и физиком Джоном фон Нейманом и советским инженером и ученым Сергеем Лебедевым.
Принципы Неймана-Лебедева:
Компьютеры на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления.
Программа должна размещаться в одном из блоков компьютера - в запоминающем устройстве.
Программа, так же как и числа, с которыми оперирует компьютер, записываются в двоичном коде, то есть по форме представления команды и числа однотипны.
Трудности физической реализации запоминающего устройства большого быстродействия и большой памяти требуют иерархической организации памяти.
Арифметическое устройство компьютера конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения.
В компьютере используется параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над двоичными кодами осуществляются одновременно над всеми разрядами).