Структура эвм

В современных компьютерах реализуется Фан Теймана. В этой концепции архитектура ЭВМ поддерживает следующие принципы:

1. Двоичное кодирование внутреннего содержания.

2. Программное управление работы машины.

3. Однородность использованной памяти.

4. Адресуемая память.

В классическом случае машина по принципам Фан Теймана содержит следующие блоки:

1. Оперативная память.

2. Арифметико-логическое устройство.

3. Устройство управления.

4. Устройство ввода/вывода.

Структурная схема ЭВМ в этом случае имеет след вид:

Оперативная память предназначена для хранения, как команд, так и данных, представляющие собой двоичные коды и на первый взгляд не различимы. Это принципиально важно, поскольку позволяет иметь память с единой адресацией, что позволяет упростить программирование.

АЛУ – арифметико-логическое устройство

УУ – устройство управления

РАП – регистр адреса памяти

ШАП – шина адреса памяти

РДП – регистр данных памяти

ДАП – дешифратор адреса памяти

Блок управления формирует сигналы управления (последовательность микроопераций) для выполнения команд программирования.

Регистр адреса памяти содержит адрес той ячейки, в которой будет происходить обращение в данный момент. Выбор этой ячейки по адресу осуществляется с помощью дешифратора адреса памяти. Обмен данными (и командами) между процессором и памятью осуществляется по шине данных в памяти. Этот обмен происходит через регистр данных в памяти.

Любая ЭВМ работает синхронно с поступлением тактовых импульсов от внутреннего генератора. Выполнение программы является сложным процессом и поэтому на её выполнение требуется несколько периодов тактовых импульсов. Время выполнения команды называется циклом. Если команда простая, то она выполняется за один машинный цикл, а если сложная, то может потребоваться несколько машинных циклов.

Структура машинного цикла

Машинный цикл схематично можно представить следующим образом:

Совокупность цикла выборки и исполнительного цикла составляет машинный цикл.

Структура и типы команд

Для работы компьютера команда задает операцию и те данные, над которыми эта операция должна быть выполнена. Обычно тип операции задаётся кодом внутри команды. Также внутри команды задаются тем или иным способом операнды, т.е. в общем случае команда задает следующие условия: какую выполнить операцию, с какими операндами её выполнить и куда поместить результат? Информация по каждому из этих разделов задается в команде в специальном коде. В общем случае команда состоит из следующих полей:

Регистр команд служит для хранения команды в процессе её дешифрации и выполнения. К каждому полю регистра команд подключен свой дешифратор.

На выходе дешифратора в зависимости от кода операции появляется сигнал, который запускает соответствующую цепочку действий по выполнению операции. Код способа адресации и код адреса операнда с помощью операндов позволяют вычислить физические адреса операнда.

В случае 2х местной операции, т.е. операции с двумя операндами, команда должна задавать:

1. Операцию

2. Адрес 1го операнда

3. Адрес 2го операнда

4. Адрес сохранения адресата

5. Адрес следующей команды

Если все эти адреса задать в явном виде, то команда будет иметь следующие поля:

Чтобы иметь возможность строить длинные программы, эти поля адресов должны иметь достаточное количество разделов. Поскольку современные ЭВМ должны иметь 16р., 32р., 64р., то длинная команда не укладывается в одномашинное слово 16разрядов, т.е. необходимо будет размещать машинную команду в несколько машинных слов и соответственно в несколько ячеек памяти, т.е. резко удлиняется процесс выборки команд, а следовательно падает быстродействие ЭВМ.

Существует несколько способов, которые позволяют сократить длину команды.