- •В.В.Гуров
- •Гуров в.В. Основы Организации вычислительных машин
- •1. Структура однопрограммной эвм
- •1.1. Классические основы построения эвм
- •Автомат Неймана
- •1.2. Архитектура классической эвм Структура эвм
- •Система кодирования команд
- •Способы адресации
- •1.3. Цикл выполнения команды
- •2. Основы схемотехнической реализации эвм
- •2.1. Системы логических элементов
- •2.2. Порядок проектирования комбинационных схем
- •2.3. Основные функциональные элементы эвм
- •3. Устройства компьютера
- •3.1. Арифметико-логическое устройство
- •Работа схемы
- •3.2. Устройство управления
- •В устройствах управления первого типа для каждой команды, задаваемой кодом операции, строится набор комбинационных схем, которые в нужных тактах вырабатывают необходимые управляющие сигналы.
- •Датчик сигналов на сдвиговом регистре
- •3.3. Запоминающие устройства
- •4. Архитектура персонального компьютерА
- •4.1. Структура 16-разрядного микропроцессора
- •4.2. Режимы адресации и форматы команд 16-разрядного микропроцессора
- •4.3. Взаимодействие основных узлов и устройств персонального компьютера при автоматическом выполнении команды
- •4.4. Архитектура 32-разрядного микропроцессора
- •4.5. Конвейерная организация работы процессора
- •5. Организация работы мультипрограммных эвм
- •5.1. Основные характеристики мультипрограммного режима работы эвм
- •5.2. Дисциплины распределения ресурсов
- •5.3. Основные режимы работы мультипрограммной эвм
- •5.4. Система прерываний
- •5.5. Система управления памятью
- •5.6. Защита памяти в мультипрограммных эвм
- •5.7. Ввод-вывод информации
- •Литература
- •115409 Москва, Каширское шоссе, 31
1. Структура однопрограммной эвм
1.1. Классические основы построения эвм
Основы построения электронных вычислительных машин в их современном понимании были заложены в 30-е – 40-е годы прошлого века видными учеными: английским математиком Аланом Тьюрингом и американцем венгерского происхождения Джоном (Яношом) Нейманом.
Машина Тьюринга
В 1936 году А. Тьюринг сформулировал понятие абстрактной вычислительной машины. Одновременно с ним, хотя и не в столь явной форме, это же сделал Э. Пост (США). Хотя машина Тьюринга (МТ) не стала реально существующим устройством, она до настоящего времени постоянно используется в качестве основной модели для выяснения сущности таких понятий, как “вычислительный процесс”, “алгоритм”, а также для выяснения связи между алгоритмом и вычислительными машинами.
Основные положения машины Тьюринга
Машина Тьюринга (рис.1.1) имеет конечное число знаков si, образующих внешний алфавит, в котором кодируются сведения, подаваемые в МТ, а также вырабатываемые в ней. Среди знаков имеется пустой знак (s1), посылка которого в какую-либо ячейку стирает находившийся в ней знак и оставляет ее пустой.
В зависимости от поданной начальной информации (содержащихся на ленте знаков) возможны два случая:
после конечного числа тактов машина останавливается (имея информацию ), подавая сигнал об остановке. В этом случае МТ применима к информации и перерабатывает ее в информацию ;
остановка никогда не наступает. В этом случае МТ не применима к начальной информации .
2. В каждый момент обозревается лишь одна ячейка ленты (памяти). Переход может осуществляться лишь к соседней ячейке (R – вправо, L – влево, N – нет перехода (остаться)). Переход к произвольной ячейке производится путем последовательного перебора всех ячеек, разделяющих текущую и необходимую ячейки.
На каждом отдельном такте команда предписывает только замену единственного знака si, хранящегося в обозреваемой ячейке, каким-либо другим знаком sj.
3. Логический блок МТ имеет конечное число состояний {qi} i=1…m.
Знаки R, L, N, q1,…,qm – внутренний алфавит машины.
Переработанный знак sj и операция перехода P(t+1) являются функцией si и qk :
si(t+1)=f(si (t), qk).
P(t+1)= (si(t), qk)
Программа для МТ определяется тройкой {si,P,q}t+1.
Символ (si) |
Состояние |
|
|
|
q1 |
q2 |
q3 |
q4 | |
0 |
0Rq2 |
0Nq4 |
1Nq4 |
0Nq4 |
1 |
1Rq3 |
1Nq4 |
0Nq4 |
1Nq4 |
Перед началом работы машина Тьюринга находится в состоянии q1 считывания первого операнда.
Данная МТ применима к исходной информации. Останов – состояние q4. Значение si в ячейке y не меняется (сохраняется результат).
Если программа для МТ будет определена таблицей переходов
Символ (si) |
Состояние |
|
|
|
q1 |
q2 |
q3 |
q4 | |
0 |
0Rq2 |
0Nq4 |
1Nq4 |
1Nq4 |
1 |
1Rq3 |
1Nq4 |
0Nq4 |
0Nq4 |
то данная МТ будет не применима к исходной информации. В состоянии q4 значение si в ячейке y постоянно меняется на противоположное.