1.Принцип программного управления. Обобщенная структура эвм. Структура команд эвм.

Принцип программного управления впервые был реализован в ЭВМ “Марк-1”. Он заключается в том, что алгоритм вычислений (например, вычисление некоторого выражения) представляется в виде упорядоченной последовательности команд, преобразующих исходные данные (операнды) в результат. Таким образом, действия, предписанные алгоритмами, закладываются в команды (например, такие действия как сложение, вычитание, умножение, деление, логические операции представляются в виде соответствующих машинных команд). Последовательность команд называется программой. Программа управляет ходом вычислительного процесса.

Пусть, например, необходимо вычислить выражение: .

Возможная программа его вычисления содержит следующие команды:

1-я команда: умножить операнд a на b;

2-я команда: сохранить результат умножения (a*b) в памяти;

3-я команда: сложить операнды a и b ;

4-я команда: умножить результат сложения (a+b) на c;

5-я команда: считать из памяти (a*b);

6-я команда: разделить результат (a*b) на результат (a+b)* c.

Если операнды и действия над ними представлены в двоичной системе счисления, то для реализации программы можно ввести следующую систему команд:

КОП

1-й операнд

2-й операнд

где КОП - код операции – поле, в котором заданы операции, выполняемые процессором, закодированные в двоичной системе счисления.

Подобная система команд применялась в самых первых ЭВМ, где для ввода программ и данных использовались перфоленточные устройства, в которых отсутствовала возможность возврата к ранее выполненным участкам программ. Это обстоятельство приводило к очень длинным (в буквальном смысле) программам. Пусть, например, необходимо вычислить выражение:

Программа вычислений будет следующей:

1-я команда: умножить a₀ на b₀;

2-я команда: умножить a₁ на b₁;

3-я команда: сложить результат 1-й команды с результатом 2-й команды;

4-я команда: умножить a₂ на b₂;

5-я команда: сложить результат 3-й команды с результатом 4-й команды:

6-я команда: умножить a₃ на b₃;

7-я команда: сложить результат 5-й команды с результатом 6-й команды и т.д.

При использовании предложенной структуры команд программа будет состоять приблизительно из n - команд умножения и n - команд сложения, т.е. всего из 2n команд. Большая длина программы обусловлена невозможностью оперативного возврата к некоторым ее участкам, которые могли бы выполняться многократно.

Обобщенная структура ЭВМ приведена на рисунке. В состав ЭВМ входят: запоминающие устройства (ЗУ); процессор; устройства ввода и вывода (УВВ).

Процессор предназначен для обработки информации. Он состоит из 2-х частей: УУ - устройство управления (управляющий автомат), и АЛУ - арифметико-логическое устройство (операционный автомат). Обработку информации процессор осуществляет под управлением программы, хранящейся в запоминающем устройстве, которое является памятью ЭВМ.

Рисунок .- Обобщенная структура ЭВМ

Память вычислительной машины является многоуровневой и состоит из оперативной памяти (ОП) и внешней памяти (ВП). Оперативная память является основной памятью машины. В ОП хранятся копии запускаемых программ, а также копии данных, подлежащих обработке. При выключении питания информация в ОП теряется, поэтому копии программ и данных загружаются перед началом работы из внешней памяти. Внешняя память хранит программы и данные все время их существования, т.е. до момента их удаления пользователем.Устройства ввода предназначены для ввода программ и данных в ЭВМ, а также для осуществления запуска программ на обработку пользователем. Устройства вывода используются для выдачи результатов пользователю в виде текстовых, графических документов или в ином виде.

Все устройства ЭВМ соединены с процессором с помощью шин, показанных на рисунке линиями со стрелками. Однако реальное соединение устройств значительно отличается от расположения их в обобщенной структуре. Так внешняя память функционально относится к памяти ЭВМ, но электрически подключается подобно устройствам ввода-вывода, с которыми она образует единое пространство, называемое периферией.

От структурной организации, т.е. от того, как соединены между собой устройства ЭВМ, зависят многие её качества, важнейшим из которых является производительность. При самом общем подходе можно говорить о двух типах структур, одна из которых основана на использовании единственной общей шины, другая на множестве шин (иерархии шин).

Команды в ЭВМ могут быть одноадресными, двухадресными и трехадресными (в машинах с так называемой естественной адресацией команд).

Формат одноадресной команды следующий:

КОП	А - адрес операнда

Формат двухадресной команды:

КОП

А1-адрес первого операнда

А2 - адрес второго операнда

Формат трехадресной команды:

КОП

А1- адрес первого операнда

А2 - адрес второго операнда

А3-адрес результата

Каждая команда состоит из операционной части - кода операции (КОП) и адресной части. В операционной части указывается тип выполняемой операции в виде двоичного числа. В адресной части указывается адрес ячейки памяти, в которой размещается операнд (одноадресная команда). Если в команде указывается адреса 1-го и 2-го операндов, то такая команда называется двухадресной. В трехадресной машине указывается еще и адрес результата, то есть ячейка ОП, куда помещается результат.