XII. Техническое обеспечение асоиу

Техническое обеспечение АСОИУ базируется, как было отмечено выше, на компьютерной технике.

Эффективное использование ЭВМ невозможно без знания их архитектуры и принципов функционирования. Упрощенная схема функционирования ЭВМ представлена на рис. 11.

Ядро ЭВМ составляет ее центральное устройство, в состав которого входит процессор и основная память. С ними взаимодействуют внешние (периферийные) устройства - ввода, вывода, внешней памяти и другие.

Процессорвыполняет основную обработку информации в процессе решения любой задачи. В его функции входит также управление взаимодействием внешних устройств, обменом информацией между устройствами.

Основная памятьимеет, как правило, иерархическую структуру и может включать оперативное, сверхоперативное, постоянное запоминающие устройства, кэш-память.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)служит для хранения информации, используемой процессором в каждый текущий момент времени для решения конкретной задачи, а именно программ, исходных данных и результатов обработки информации и может включать сверхоперативное постоянное устройство памяти, кэш-память. Этот вид памяти представляет собой электронное устройство, обладающее ограниченным объемом одновременно хранимой информации, но с высокой скоростью считывания и записи информации.

Рис. 11

Информация в ОЗУ сохраняется лишь в процессе работы ЭВМ, до момента отключения от сети. Отличительной особенностью этого устройства является произвольный метод доступа (RAM - аббревиатура английского термина) к хранящимся данным, иначе говоря, доступ по адресу.

Различают несколько способов адресации: прямую (абсолютную), относительную, косвенную.

При прямой адресациииспользуется непосредственно адрес местоположения данного. С абсолютными адресами не всегда удобно работать, так как любое изменение расположения данных в памяти влечёт за собой трудоемкую работу по изменению адресов в программе.

Относительная адресацияпредполагает трактовку любого адреса как адреса относительно некоторого абсолютного адреса. Формирование адреса осуществляется путем добавления его к некоторому базовому значению. Естественно, что изменение базового значения приводит к расположению данных в новой области памяти (по новым адресам). Это позволяет более гибко использовать память для хранения данных при решении задач, реализовать независимость программ от данных.

Косвенная адресациясостоит в указании не адреса обрабатываемого данного, а адреса области памяти, где хранится его адрес. Такой способ определяет динамическое использование памяти, например, при списковой организации хранения информации.

Естественно, что при обработке массивов используется индексация, когда к начальному адресу расположения массива в памяти прибавляется изменяющееся значение индекса (номера) элемента массива. Этот способ можно рассматривать как частный случай относительной адресации.

Постоянное запоминающее устройство(ПЗУ) является энергонезависимым, автономным, работающим лишь в режиме считывания информации. Оно хранит, например, базовую систему ввода/вывода (BIOS - Basic Input/Output/Sistem), осуществляющую после включения компьютера тестирование устройств компьютера, загрузку операционной системы из внешней памяти в оперативную, без чего невозможно функционирование ЭВМ, и др. Информация, хранимая в ПЗУ, сохраняется и после выключения компьютера.

Кэш-памятьявляется буферным звеном между высокопроизводительным процессором и менее быстродействующей основной памятью, в результате использования которого увеличивается производительность ЭВМ. До 90% операций выполняются с использованием кэш-памяти, что позволяет увеличить скорость решения задачи в 3-5 раз.

Поскольку объем хранимой информации в основной памяти ограничен, используются устройства внешней памяти. Это электромеханические устройства, обладающие по сравнению с основной памятью существенно большей ёмкостью, но значительно меньшей скоростью записи и считывания информации из-за своей электромеханической природы.

Процессор не имеет непосредственного доступа к информации, хранимой на устройствах внешней памяти. По мере необходимости осуществляется “подкачка” информации из внешней памяти в оперативную. В связи с этим следует понимать, что допустимый объем одновременно хранимой информации в оперативной памяти определяет в том числе производительность ЭВМ.

Устройства внешней памятихранят большие объемы информации (программное обеспечение, базы данных), которая сохраняется и после выключения ЭВМ.

Устройства ввода/выводапозволяют вводить в память ЭВМ информацию и делать информацию, находящуюся в памяти компьютера, доступной для пользователя. Они также позволяют контролировать процесс обработки и при некоторых условиях влиять на него. К устройствам ввода/вывода относятся клавиатура, манипулятор типа “мышь”, сканеры, дисплей, печатающие устройства, графопостроители и др.

Дополнительные внешние устройства служат для реализации связи ЭВМ с “внешним миром”. Примером могут служить устройства сопряжения ЭВМ с управляемыми объектами, а также устройства подключения ЭВМ к каналам связи (например, модемы).

Завершим рассмотрение функционирования ЭВМ как основы технического обеспечения АСОИУ анализом программного принципа обработки информации, сформулированного фон Нейманом и реализованного в вычислительных машинах. Существо этого принципа состоит в следующем: программа решения задачи, представляющая собой последовательность команд, хранится, как и обрабатываемые данные, в памяти ЭВМ и реализуется автоматически. Передача управления осуществляется последовательно от команды к команде за исключением команд, нарушающих естественную передачу управления в зависимости от результата анализа некоторого условия, или команд, безусловно нарушающих этот порядок.

Выполнение программы начинается с того, что в так называемый счетчик команд поступает начальный адрес хранения программы (адрес первой команды). В соответствии с адресом осуществляется выбор из памяти первой команды, под управлением которой реализуется то или иное действие.

Машинная команда состоит из двух частей:

Код операции определяет действие, адресная часть - местоположение в памяти операндов.

Цикл выполнения любой команды завершается формированием в счетчике команд адреса следующей команды программы. Обычно это достигается путем добавления длины исполняемой команды к адресу ее расположения в памяти, находящемуся во время ее реализации в счетчике команд.

Примечание.При реализации команд передачи управления, нарушающих естественный (последовательный) порядок выполнения команд, в счетчик команд поступает адрес следующей выполняемой команды из их адресной части.

После формирования адреса следующей команды процесс повторяется, и таким образом реализуется автоматическое выполнение программы.