ЗА, 8 сем / Вычислительные машины, системы и сети ЗА, 8 сем / Лекции ВМ системы и сети / Лекция1_Архитектура фон Неймана / Классическая архитектура ЭВМ

Классическая архитектура ЭВМ.

Принципы фон Неймана.

Огромный авторитет фон Неймана привел к тому, что всем базовым принципам построения ЭВМ стали приписывать его имя, а архитектура называться «фон – нейманская».

Фон Нейман с соавторами выдвинули основные принципы логического устройства ЭВМ и предложили ее структуру, которая полностью воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ:

]

Устройства ввода

Устройства вывода

Внешняя память

Память

(ОЗУ, ПЗУ)

Процессор

(АЛУ, УУ)

- направление движения информацией

- управление воздействия УУ.

Кроме архитектуры ЭВМ Нейман предложил основополагающие принципы логического устройства ЭВМ.

0. 1946 год. Группа ученых во главе с Нейманом ( Г.Голдстайн, А.Беркс) написали статью «Предварительное рассмотрение логической конструкции ЭВ устройства». Там обосновывается использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций). До этого машины хранили данные в 10 –ом виде.

1.Принцип программного управления. Он обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Как это выполняется? Введем 2 определения.

Регистр – специализированная дополнительная ячейка памяти в процессоре. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды.

Счетчик команд – регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды, он служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти. То есть, с его помощью осуществляется выборка программы из памяти. Этот регистр последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.

А так как, команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым осуществляется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.

Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой – то другой, используются команды условного или безусловного переходов. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что храниться в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Иногда этот принцип называют «принцип хранимой команды». И это отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВм самой формировать для себя программу в соответствии с результатом вычислений.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Это позволяет обращаться к произвольной ячейке (адресу) без просмотра предыдущих.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон - нейманских.

На сегодняшний день это подавляющие большинство компьютеров, в том числе и IBM PS – совместимые. Но есть и компьютерные системы с иной архитектурой – например системы для параллельных вычислений.

<- назад