Логическая организация работы компьютера

Главное полезное свойство компьютера это возможность выполнения компьютером без помощи человека (автоматически) заранее заданной последовательности логических и арифметических операций над данными. В этом состоит один из основных принципов работы компьютера – принцип программного управления. Высокое быстродействие, с которым осуществляется последовательность операций, придает компьютерам особую ценность и практическую значимость.

Сама эта последовательность операций предварительно представляется в виде последовательности инструкций записанных в виде символов. Последовательность состоит из отдельных инструкций. Эти инструкции содержат тип операции, которую надо совершить над данными и адреса ячеек, в которых хранятся эти данные и адрес ячейки, в которую заносят результаты операции над данными. Каждая такая инструкция называется машинной командой. А вся совокупность команд называется машинной программой. Команды пронумерованы, и порядок исполнения команд задается этой нумерацией. Разумеется, что тип операции представлен в виде двоичных символов, адреса ячеек тоже представлены двоичными символами, и номер команды тоже представлен в двоичном виде.

Поскольку машинная программа представляет собой набор команд, каждая из которых есть последовательность двоичных символов оформленных в виде машинного слова, появляется возможность записать эти программ также в память машины. Эта идея была впервые высказана и реализована Фон Нейманом и получила название принцип хранимой программы.

Для реализации автоматического выполнения заранее заданной последовательности логических и арифметических операций над данными, прежде всего, требуется создание машинной памяти. Кроме машинной памяти требуется создание арифметически-логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ).

Арифметически-логическое устройство (АЛУ) обеспечивает выполнение арифметических или логических операций над машинными словами.

Устройство управления (УУ) обеспечивает автоматическое выполнение последовательности заранее заданных операций, извлечение необходимых для операций данных из ячеек памяти и записывание результатов операций в соответствующие заранее предписанные ячейки памяти.

Кратко рассмотрим логические принципы работы перечисленных устройств.

• Машинная память состоит из физических устройств называемых ячейками памяти (регистры), в которых записывается, хранится и при необходимости стирается машинное слово. Все ячейки памяти еще имеют номера. Номера ячеек тоже записаны в двоичной системе счисления (представляют собой двоичные числа), которые формируются в соответствующие машинные слова со своей разрядностью. Номер ячейки памяти называется ее адресом. По адресу ячейки устройство управления находит нужную ячейку. Содержимое ячеек памяти может копироваться в другие устройства машины. Напомним, что в памяти хранятся не только данные, но и сама машинная программа, поскольку программа представляет собой тоже совокупность символов оформленных в машинные слова, которые представляют машинные команды и хранятся в отдельных адресуемых ячейках.

• Устройство управления представляет собой совокупность ряда устройств (счетчик номера команды, дешифратор типа операции, устройство считывания и передачи в, и, из АЛУ данных). Эти устройства находят нужную команду и согласно типу операции указанной в этой команде заставляют арифметически-логическое устройство (АЛУ) выполнять эту операцию над данными, вынутыми из памяти по адресам, которые указаны в этой команде. Наконец, результаты операции выполненной в АЛУ устройство управления запоминает по адресу указанному в машинной команде. Затем УУ переходит в выполнению следующей команды.

• Арифметически-логическое устройство (АЛУ) обеспечивает выполнение арифметических или логических операций над машинными словами. Для этого существуют специальные электронные устройства, выполняющие арифметические и логические операции описанные выше.

Таким образом, логическую структуру компьютера можно представить в следующем виде на Рис 2.2.

Рис 2. 2 Логическая структура компьютера.