Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Организация и функционирование вычислительных машин1.doc
Скачиваний:
36
Добавлен:
01.05.2014
Размер:
1.13 Mб
Скачать

Принцип программного управления и машина фон Неймана

Фон Нейман впервые предложил в 40-х годах нашего века концепцию хранимой программы, основные принципы которой заключаются в следующем:

  1. команды, так же как и данные, хранятся в памяти машины, в команде указываются не сами данные, а адреса их размещения в памяти;

  2. команды могут обрабатываться так же, как и числовые данные (модификация команд), но из-за снижения надежности программ этот подход сейчас не применяется;

  3. хранимая программа позволяет осуществлять произвольный переход от одной команды к другой, что необходимо при реализации ветвлений и циклов в алгоритмах обработки.

Основные особенности первых машин, построенных по изложенным принципам и называемых сейчас машинами фон Неймановского типа, состоят в следующем:

  1. наличие единого вычислительного устройства, включающего один процессор, память и некоторые внешние устройства;

  2. использование линейной структуры адресации памяти со словами фиксированной длины;

  3. централизованный принцип управления выполнением программы по последовательному алгоритму;

  4. низкий уровень машинных команд, позволяющих выполнять только элементарные операции.

Для таких машин «узким» местом», ограничивающим производительность, является память и каналы связи: как данные, так и команды должны последовательно выбираться из памяти и передаваться между устройствами. Для повышения производительности в фон Неймановских машинах применяются:

  • увеличение разрядности обработки данных (16 бит32 и 64 бита);

  • активное использование конвейеризации при выборке и обработке команд;

  • активное использование кэш-памяти (Cash- скрытый, не замечаемый пользователем), т.е. блоков памяти, которые являются буферными между процессором и оперативной памятью.

Понятие архитектуры, организации и реализации эвм

Архитектура - это множество ресурсов ЭВМ, доступных пользователю на логическом уровне, без детализации способов взаимодействия процессоров, устройств памяти, внешних устройств и программных средств.

Организация - это способы распределения функций, установления связи и взаимодействия процессоров, устройств памяти и внешних устройств, используемые для реализации возможностей, заложенных в архитектуре. При изучении организации рассматривают:

  • представление и формат данных;

  • уровни памяти и их взаимодействие;

  • состав и формат машинных команд;

  • систему прерываний;

  • способы обмена данными.

Реализация – способы технического исполнения конкретных устройств, линий или шин связи и протоколов взаимодействия между ними.

Обычно на уровнях организации и реализации происходит перераспределение функций между аппаратными и программными средствами. Это порождает семейство машин одной архитектуры, но разной производительности.

Многоуровневая организация эвм.

В общем случае обработку информации на ЭВМ можно рассматривать в виде иерархической системы уровней, представленных следующей таблицей.

Пользователь данного уровня

УРОВЕНЬ

СОДЕРЖАНИЕ

Постановщик задач,

Системный аналитик

Концептуальный

Пользователь задает режимы и виды обработки данных, необхо-димые для решения задачи

Пользователь функционального ПО, специалист в конкретной предметной области

Уровень проблеммно-ориентированных ПС

Решение предметных задач готовыми программными средствами

Разработчик функциональных программных комплексов, системный архитектор

Уровень промежуточного ПО (Middleware)

Технологии разработки программных систем COM,DCOM,CORBA,RMI

Разработчик функциональных программ

Уровень интегрированных сред и языков высокого уровня (ЯВУ)

Паскаль, СИ, Delphi, С++ Builder, Visual C

Системный программист

Прикладной программист

Уровень ассемблера

Программирование фрагментов программ высокой эффективности

Системный программист

Уровень ОС

Обеспечение выполнения привилегированных команд

Программист/Электронщик

Уровень машинных команд

Цифровое кодирование и представление команд

Программист/Электронщик

Уровень микрокоманд

Описание набора элементарных операций, реализующих машинные команды

Электронщик

Уровень межрегистровых передач

Реализация операций на уровне пересылок между регистрами

Электронщик-технолог

Уровень вентилей

Технологический уровень, устройства машины представля-ются в виде интегральных схем

Достоинства такого представления ЭВМ:

  • Каждый верхний уровень интерпретируется одним или несколькими нижними уровнями;

  • Каждый из уровней можно проектировать независимо;

  • Чем ниже уровень, на котором реализуется программа, тем более высокая производительность достижима;

  • Модификация нижних уровней не влияет на реализацию верхних.