4. Принципы построения и классификация цвм

4.1. Принцип программного управления процессом вычислений

Главным отличительным признаком цифровых ЭВМ является то, что в них автоматизирован процесс вычислений за счет использования принципа программного управления (основные идеи программного управления изложены английским математиком Ч. Бэббиджем в 1833 г.) и принципа хранимой в памяти ЭВМ про­граммы вычислений (сформулирован в 1945 г. американским уче­ным Дж. фон Нейманом и независимо от него в 1950 г. советским ученым академиком С. А. Лебеде-вым).

Информация, обрабатываемая ЭВМ, обычно представляется в виде совокупности цифр (чисел) в некоторой системе счисления, са­ми же цифры отображаются сигналами, имеющими конечное число уровней квантования (чаще всего два). Перед началом обработки информации алгоритм обработки должен быть записан как после­довательность тех арифметических и логических операций, для вы­полнения которых в составе ЭВМ имеются соответствующие средст­ва. Такую запись называют программой. Любая программа состоит из отдельных команд, каждая из которых определяет действия ЭВМ по выполнению какой-либо одной операции. Все операции в ЭВМ реализуются с помощью аппаратных (технических) или програм­мных средств. При этом под аппаратными средствами понимают комплекс технических устройств (обычно электронных), внут-рен­няя структура которых, а также связи между ними построены та­ким образом, чтобы обеспечить реализацию заданных операций. Программные средства – это программы выполнения заданных операций как последовательностей некоторых простейших (элемен­тарных) операций, реализуемых, в свою очередь, аппаратными средствами.

Сущность принципа программного управления состоит в том, что процесс обработки ин-формации осуществляется на основе ин­формации, заданной для управления этим процессом. В гипотети­ческой машине Ч. Бэббиджа и в первой реальной цифровой ЭВМ с программным уп-равлением «МАРК-1» программа заносилась на перфоленту. Машина последовательно считывала с перфоленты и расшифровывала информацию об управлении процессом вычисле­ний. Эта же идея, но на качественно другой технической основе ре­ализуется во всех современных программно управляемых ЭВМ.

4.2. Операционные ресурсы цвм

Множество всех аппаратных и программно реализуемых опера­ций в ЭВМ составляет ее операционные ресурсы. ЭВМ, операцион­ные ресурсы которых обеспечивают принципиальную возможность выполнения любого алгоритма обработки информации, называются алгоритмически универсальными. Для алгоритмической универсальности ЭВМ достаточно наличия в ее опе-рационных ре­сурсах лишь четырех операций: пересылки слова из любой ячейки памяти в любую другую ячейку, прибавления и вычитания единицы к слову, условного перехода по совпадению слов, безусловного ос­танова ЭВМ. Однако лишь в некоторых простейших микропроцессорах набо-ры операций близки к минимальному. В подавляющем большинстве ЭВМ и микропроцессоров операционные ресурсы значительно полнее и состоят из десятков и сотен операций.