Практическая работа №6. Архитектура эвм Классическая архитектура эвм (Фон-Неймановская архитектура)

Архитектура ЭВМ — описание устройства и функцио­нирования ЭВМ без подробностей тех­нической реали­зации. В понятие архитектуры входит: описание состава основных фун­к­цио­наль­ных узлов и их информацион­ного взаимодействия; описание способов представления инфор­мации в компьютере; описание структуры процессора и языка машинных команд.

Машина фон Неймана — архитектура ЭВМ, предложенная аме­риканским ученым Джоном фон Нейманом в 1946 году. Ос­новные принципы включают:

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из на­бо­ра ко­манд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной по­сле­до­ва­тель­ности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика ко­манд. Этот ре­гистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной ко­манды на длину ко­манды. А так как команды программы расположены в памяти друг за дру­гом, то тем самым ор­га­ни­зуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нуж­но после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются ко­ман­ды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и вы­полнения команды “стоп”. Таким образом, про­цес­сор исполняет программу автоматически, без вме­шательства человека

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же па­мя­ти. По­этому компьютер не различает, что храниться в данной ячейке памяти – число, текст или ко­ман­да. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Иногда этот принцип называют «принцип хранимой команды». И это отсутствие прин­ци­пи­аль­ной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой фор­ми­ро­вать для се­бя программу в соответствии с результатом вычислений.

На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка про­грам­мирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных яче­ек; про­цессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Это позволяет обра­щать­ся к про­извольной ячейке (адресу) без просмотра предыдущих.

Согласно принципам фон Неймана система должна работать с двоичными числами, быть эле­к­­трон­ной (а не меха­ни­чес­кой) и выполнять операции последовательно, одну за другой. Прин­ци­пы фон Неймана ста­ли общепринятыми только потому, что широко применялись все время. Они бы­ли положены в основу как больших ЭВМ первых поколений, так и более поздних мини-, микро­ЭВМ и пер­со­нальных компьютеров (ПК).

Схема устройств однопроцессорной ЭВМ

Устройства ввода

Внутренняя память

Внешняя память

Устройства вывода

Процессор

устройства связи

компьютера с внешним миром

устройства хранения опера­тив­ной информации и ее обработки

устройства долговременного

хранения информации

О способах двоичного представления информации в памяти ЭВМ, об использовании дво­ич­ной системы счисления мы уже говорили на прошлых практических занятиях. В данной работе рас­смат­ривается язык машинных команд компьютера. При этом не будут подробно излагаться языки «на­стоящих» ЭВМ, а будет использована методика «учебных компьютеров».