1.1.2. Архитектура эвм

Часто говорят о семействах ЭВМ, то есть группах моделей, совместимых между собой. В пределах одного семейства основные принципы устройства и функционирования машин одинаковы, хотя отдельные модели могут существенно различаться по производительности, стоимости и другим параметрам.

Все машины одного семейства, независимо от их конкретного устройства и фирмы-производителя, должны быть способны выполнять одну и ту же программу (на практике чаще используется другой принцип совместимости снизу вверх: все программы данной модели выполнимы на последующих).

Термин архитектура используется для описания принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных узлов ЭВМ. К понятию архитектура относят то общее, что есть в строении ЭВМ. При этом учитывают не все сведения о построении ЭВМ, а только те, которые могут как-то использоваться при программировании и  работе пользователя с ЭВМ.

К архитектуре, то есть наиболее общим принципам построения ЭВМ, относятся:

– структура памяти ЭВМ;

– способы доступа к памяти и внешним устройствам;

– возможность изменения конфигурации компьютера;

– система команд;

– форматы данных;

– организация интерфейса.

Схема устройства такой ЭВМ представлена на рисунке

Таким образом, архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.

Фон Нейман предложил хранить программу в двоичном виде (как и данные), причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман. Он подключился к созданию ЭВМ ENIAC в 1944 г., когда ее конструкция была уже определена. В 1946 г. фон Нейман сформулировал идеи принципиально новой ЭВМ: использование двоичной системы для представления чисел и выполнения арифметических и логических операций, принцип хранимой программы, структура ЭВМ. Совокупность принципов, предложенных фон Нейманом, были названы фон неймановской архитектурой.

Фон Нейман предложил включить в структуру ЭВМ:

– устройство управления (УУ),

– арифметико-логическое устройство (АЛУ);

– оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

– внешнее запоминающее устройство (ВЗУ);

– устройство ввода;

– устройство вывода

В современных компьютерах устройство управления и арифметико-логическое устройство объединяются в одном устройстве – процессоре.

В ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в УУ. Его наличие тоже является одним из принципов архитектуры фон Неймана.

Позднее в связи с появлением многопроцессорных вычислительных систем были разработаны различные виды архитектур, позволяющие выполнять операции параллельно разными процессорами. В частности, М. Флинном (M. Flynn) в начале 60-х годов ХХ в. была предложена классификация архитектур многопроцессорных вычислительных систем, основанная на обработке потоков данных потоками команд. В ее основу заложено два возможных вида параллелизма:

– независимость потоков заданий (команд, инструкций), существующих в системе, и

– независимость (несвязанность) данных, обрабатываемых в каждом потоке.