- •Общие сведения о эвм
- •Этапы развития эвм
- •Архитектура классической эвм
- •Принцип программного управления
- •Принцип хранимой в памяти программы
- •Обобщенный формат команд
- •Способы адресации команд
- •Процессоры с принудительным порядком выполнения команд
- •Процессоры с естественной адресацией команд Упрощенная структура процессора с естественной адресацией команд приведена на рисунке 2.4.2.
- •2.5.2 Регистровая адресация
Архитектура классической эвм
Принцип программного управления
Принцип программного управления заключается в том, что алгоритм вычислений (например, вычисление некоторого выражения) представляется в виде упорядоченной последовательности команд, преобразующих исходные данные (операнды) в результат. Таким образом, действия, предписанные алгоритмами, закладываются в команды (например, такие действия как сложение, вычитание, умножение, логические операции и т.д. представляются в виде соответствующих машинных команд). Последовательность команд называется программой. Программа управляет ходом вычислительного процесса.
Пусть, например, необходимо вычислить выражение: .
Возможная программа его вычисления содержит следующие команды:
1-я команда: умножить операнд a на b;
2-я команда: сохранить результат умножения (a*b) в памяти;
3-я команда: сложить операнды a и b ;
4-я команда: умножить результат сложения (a+b) на c;
5-я команда: считать из памяти (a*b);
6-я команда: разделить результат (a*b) на результат (a+b)* c.
Если операнды и действия над ними представлены в двоичной системе счисления, то для реализации программы можно ввести следующую систему команд:
-
КОП
1-й операнд
2-й операнд
где КОП - код операции – поле, в котором заданы операции, выполняемые процессором, закодированные в двоичной системе счисления.
Подобная система команд применялась в самых первых ЭВМ, где для ввода программ и данных использовались перфоленточные устройства, в которых отсутствовала возможность возврата к ранее выполненным участкам программ. Это обстоятельство приводило к очень длинным (в буквальном смысле) программам. Пусть, например, необходимо вычислить выражение:
.
Программа вычислений будет следующей:
1-я команда: умножить a0 на b0;
2-я команда: умножить a1 на b1;
3-я команда: сложить результат 1-й команды с результатом 2-й команды;
4-я команда: умножить a2 на b2;
5-я команда: сложить результат 3-й команды с результатом 4-й команды:
6-я команда: умножить a3 на b3;
7-я команда: сложить результат 5-й команды с результатом 6-й команды и т.д.
При использовании предложенной структуры команд программа будет состоять приблизительно из n - команд умножения и n - команд сложения, т.е. всего из 2n команд. Большая длина программы обусловлена невозможностью оперативного возврата к тем ее частям, которые могли бы выполняться многократно.
Принцип хранимой в памяти программы
Принцип хранимой в памяти программы был предложен Дж. фон Нейманом в 1945 году. Этот принцип стал основой современных машин. В соответствии с этим принципом команды хранятся в памяти, также как и данные. При этом под программу отводится одна отдельная область памяти, под данные - другая область. В командах указываются не операнды, а их адреса, то есть номера ячеек памяти ОП, где они размещаются. Для вызова команд также надо указывать их адреса в ОП. При такой организации можно многократно вызывать из памяти одну и ту же команду или последовательность из нескольких команд и одни и те же данные. Кроме этого, над командами и над данными можно производить операции, так как они с точки зрения обработки становятся равноценными. Структура команды для ЭВМ, организованной в соответствии с принципом фон-Неймана (фоннеймановской машины), будет следующей:
-
КОП
Адрес операнда
Такой тип команды оказался намного более универсальным и наряду с ранее приведенным он широко используется в современной вычислительной технике.
Программа вычисления выражения: при использовании команд последнего типа намного сокращается.
1-я команда: i:= 0;
2-я команда: Yi := 0:
3-я команда: умножение ai*bi:= Xi;
4-я команда: сложение Yi+Xi:= Yi;
5-я команда: i:=i+1;
6-я команда: i>n? Если нет, то переход на 3-ю команду;
7-я команда: Конец.
Длина полученной программы, использующей введенный тип команды, не зависит от числа n слагаемых. Сокращение длины программы достигается благодаря возможности многократного вызова из памяти последовательности с 3-ей по 6-ю команд.