Машина фон Неймана: принцип разработки, базовые компоненты.
Принципы разработки основаны на следствиях из концепции фон Неймана:
1. Данные и команды хранятся совместно в единой подсистеме памяти, способной выполнять операции чтения и записи.
2. Обращение к информационным элементам в памяти:
производится по адресам, характеризующим их положение в общем массиве;
не зависит от смысла затребованной информации (данные или команда).
3. Алгоритм решения задачи реализуется последовательным выполнением элементарных команд в порядке их расположения в памяти, если только иное не будет указано явно.
Базовые компоненты:
- ОП - содержит множество ячеек, каждая из которых имеет свой числовой идентификатор – адрес, и хранит число, которое можно интерпретировать и как элемент данных, и как команду.
- ЦП – АЛУ, УУ, Регистры (instruction register, program counter, memory and i/o address redisters, memory and i/o buffer register)
- МВВ – осуществляет передачу данных от ПУ (периферийных устройств) в ЦП или в ОП и обратно. Содержит внутренние буферы для временного хранения передаваемых данных.
Цикл выполнения команды: состояния; детализированный граф переходов.
ВК – выборка команды (чтение по адресу РС в регистр IR);
ДК – декодирование (интерпретация) команды;
АИ – формирование адреса операнда-источника.
ВО – выборка операнда-источника;
ИО – исполнение операции;
АП – формирование адреса операнда-приемника;
ЗР – запись результата в ячейку ОП или передача в МВВ;
АК – формирование адреса следующей команды.
К рисунку: в верхней части – внешние операции ЦП; в нижней части – внутренние операции.
Архитектура системы команд: основные понятия, свойства, общая характеристика.
Машинная команда – информационный элемент, задающий выработку в ЦП электронных сигналов, необходимых для выполнения действия над операндами.
Команда должна содержать сведения, необходимые для однозначной ее интерпретации и выполнения процессором.
Операнды – данные, которыми оперируют машинные команды.
Система команд компьютера – полный перечень команд, которые способен выполнять процессор данного компьютера.
Архитектура системы команд (АСК) – набор средств компьютера, которые видны и доступны программисту. АСК характеризуется такими параметрами:
- вид и форма представления данных;
- места хранение данных (кроме ОП);
- способ осуществления доступа к данным;
- множество операций, которые могут быть выполнены над данными;
- количество операндов команд;
- способ определения адреса следующей команды;
- способ кодирования команд.
Свойства АСК:
1. Один из основных компонентов технического задания на разработку [аппаратуры], определяющий функциональные возможности ЦП.
2. Линия согласования нужд разработчиков ПО компьютера с возможностями создателей аппаратного обеспечения.
Команды компьютера общего назначения: основные группы.
Основные группы:
- команды пересылки данных – должны содержать адрес источника и приемника, длину пересылаемых данных, способы адресации операндов;
- команды обработки:
= арифметические и логические (бинарные, унарные, сравнения, преобразования; и, или, не, сдвиги);
= обработка строк (перемещение, сравнение, поиск);
= обработка векторов - обрабатывают сразу несколько операндов;
= преобразование – изменения формата представления данных;
- команды ввода-вывода – управление, проверка состояния устройств, ввод-вывод;
- команды управления системой – обычно используются операционной системой;
- команды управления потоком команд – изменяют последовательность вычислений
= условный переход;
= безусловный переход;
= вызов процедур и выход из них.