Архитектура вычислительных систем Фон-неймановская архитектура эвм
Компьютер - это электронное устройство, которое выполняет операции ввода информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком. За любую из названных операций отвечают специальные блоки компьютера:
устройство ввода, центральный процессор, запоминающее устройство, устройство вывода.
Все эти блоки состоят из отдельных меньших устройств. В частности, в центральный процессор могут входить арифметико-логическое устройство (АЛУ), внутреннее запоминающее устройство в виде регистров процессора и внутренней кэш-памяти, управляющее устройство (УУ). Устройство ввода, как правило, тоже не является одной конструктивной единицей. Поскольку виды входной информации разнообразны, источников ввода данных может быть несколько. Это касается и устройств вывода.
1. Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.
2. 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.
3. 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 запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.
4. Принцип последовательного программного управления. предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
5 Принцип жесткости архитектуры. Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.
Операционный и управляющий блоки вычислительного устройства.
Операционный блок состоит из регистров, сумматоров и других узлов, производящих прием из внешней среды и хранение кодов слов, их преобразование и выдачу во внешнюю среду результата преобразования, а также выдачу в управляющий блок и внешнюю среду оповещающих сигналов, принадлежащих к множеству
U = {u1, и2, ...,иn},
о знаках и особых значениях операндов, их отдельных разрядов, особых значениях промежуточных и конечных результатов операции (например, равенство нулю результата операции и др.).
Процесс функционирования во времени устройства обработки цифровой информации состоит из последовательности тактовых интервалов, в которых операционный блок производит определенные элементарные операции преобразования слов. Операционный блок выполняет некоторый набор элементарных преобразований информации, например таких, как передача слова из одного регистра в другой, взятие обратного кода, сдвиг и др. Выполнение этих элементарных операций инициируется поступлением в операционный блок соответствующих управляющих сигналов из некоторого множества сигналов
Рис. 1. Операционный и управляющий блоки цифрового устройства
V = {v1, v2,…vm}.
Элементарная функциональная операция (или их некоторая комбинация), выполняемая за один тактовый интервал и приводимая в действие одним управляющим сигналом vi, называется микрооперацией.
В некоторые такты могут поступать несколько управляющих сигналов, вызывая параллельное во времени выполнение соответствующих микроопераций. Такая совокупность микроопераций называется микрокомандой. В частности, микрокоманда может состоять из одной микрооперации.
Управляющий блок (или управляющий автомат) вырабатывает распределенную во времени последовательность управляющих сигналов
vt1, vt2,..,vtk (vtj Î V), порождающих в операционном блоке нужную последовательность микроопераций.
Последовательность управляющих сигналов определяется сигналами Z кода операции, поступающими в управляющий блок извне, и сигналами U, зависящими от операндов и промежуточных результатов преобразований.
Операционный блок задается его структурой, т. е. составом узлов и связями между ними, и выполняемым операционным блоком набором микроопераций.
Последовательность микрокоманд, обеспечивающая выполнение данной операции (например, операции нормализации числа с плавающей запятой), называется микропрограммой данной операции.
Функционирование вычислительного устройства может быть описано совокупностью реализуемых в нем микропрограмм. Это в ряде случаев удобный, хотя и не единственно возможный способ описания цифровых устройств.