3. Принципы работы цвм по Фон-Нейману, основные определения.

Основные принципы работы ЦВМ

Сформулировал Фон Нейман:

• наличие единого вычислительного устройства, включающего процессор, средства передачи информации и память;

• память состоит из ячеек, хранящих слова фиксированной длины; каждая ячейка

имеет свой адрес;

• вся информация в ЦВМ представлена в двоичной системе счисления (кроме нулей

и единиц ничего нет);

• программное централизованное последовательное управление работой ЦВМ;

• программа вычислений и данные хранятся в памяти;

• низкий уровень машинного языка;

• наличие команд условной и безусловной передачи управления и др.

Алгоритм решения задачи – последовательность арифметических и логических операций, которые надо произвести над исходными данными и промежуточными результатами для получения решения задачи. Алгоритм можно задать указанием, какие следует произвести операции, в каком порядке и над какими словами.

Программа – это описание алгоритма в форме, воспринимаемой ЭВМ – в виде последовательности команд, которые ЭВМ может выполнять.

Команда – предписывает определенное действие и указывает, над какими словами (операндами) это действие производится, а также куда посылается результат.

Машинное слово – принятая последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл (команда длиной 2 байта, операнд обычной точности 4 байта, операнд двойной точности 8 байт и т.п.).

Формат машинного слова – принятое функциональное назначение отдельных битов и полей (подслов) в машинном слове (формат команд, формат числа с фиксированной запятой, с плавающей запятой, формат целого числа без знака и пр.).

Файл – логически единое множество машинных слов, имеющее уникальное имя и хранящееся в памяти ЭВМ (программа, исходные данные, результаты вычислений или обработки).

4. Понятия об архитектуре и структуре цвм.

1) Архитектура ЦВМ – это абстрактное представление о ЦВМ с точки зрения программиста. Сюда входит описание программных средств, аппаратных средств и принципов организации вычислительного процесса на аппаратных средствах с помощью программных средств. Архитектура в более широком смысле определяется как концепция взаимосвязи элементов сложной структуры и включает в себя компоненты логической, физической и программной организации ВМ. В более узком смысле архитектура ВМ – это описание ее системы команд для программиста (архитектура системы команд).

Развернутое описание архитектуры должно включать:

• система команд ЦВМ;

• форму представления программ в ЦВМ и правила их интерпретации;

• основные форматы представления данных;

• способы адресации данных в программе;

• состав аппаратных средств ВМ и их характеристики;

• соотношение и взаимодействие аппаратных и программных средств.

К классическим архитектурам можно отнести, прежде всего, архитектуру Фон-Неймана. Классической архитектурой примерно с середины 70-х годов можно считать и гарвардскую архитектуру. Основным ее отличием от архитектуры фон-Неймана является раздельная память программ и данных. Такая архитектура характерна для управляющих, встраиваемых, специализированных машин, программное обеспечение которых зачастую не меняется с момента изготовления («зашитые» программы), в то время как программа в машине фон-Неймана может даже менять саму себя в процессе работы. Все остальное многообразие архитектур ВМ можно также отнести к не-Фон-Неймановским. Многие из них также уже являются почти классическими (как, например, векторные машины). Как правило, основным отличием не-фон-неймановских архитектур является распараллеливание работы, допускаемое ими. Современные ВМ довольно редко полностью соответствуют требованиям классической архитектуры фон-Неймана, тем не менее, одни из них в целом близки к ней, другие – сильно отличаются от «классической» вычислительной машины.

2) Структура ЦВМ – это совокупность аппаратных средств с указанием основных связей между ними. Иерархическая схема аппаратных средств вычислительной техники (от низших уровней к высшим):

1. Элементы ЦВМ – элементарные логические схемы (базовые вентили),

построенные на нескольких интегральных транзисторах (соответствует биту

информации).

2. Узлы ЦВМ – комбинационные схемы (триггеры, регистры, дешифраторы,

одноразрядные и параллельные сумматоры), соответствующие группе бит

(сигналов), машинному слову.

3. Блоки ЦВМ – реализуют последовательности в обработке информационных слов

(блок логики управления в процессоре, генератор ТИ).

4. Устройства ЦВМ – выполняют отдельные машинные операции, (процессор, УВВ,

ОЗУ, ПЗУ)

5. Автономные ЦВМ.

6. Вычислительные системы, комплексы и сети (см выше).