3.2. Принцип программного управления фон Неймана
Данный принцип организации и функционирования информационных систем широко используется в настоящее время. В его состав входят 4 положения:
Любая сложная информационная система должна иметь свой информационный язык. Самым простым и распространенным языком является язык двоичных кодовых комбинаций или просто двоичный язык. Алфавит такого языка состоит из двух символов “0” и “1” . При помощи последовательности нулей и единиц можно закодировать любое информационное сообщение. Если длинна двоичного слова равна одному символу, то количество информации, содержащееся в этом слове равно 1-ому Биту. Двоичный язык имеет следующие преимущества:
Схемотехническое (простора организации линий передачи информации);
Очень просто изготавливать запоминающие устройства на 1 Бит информации;
Высокий уровень помехозащищенности;
Простота в образовании и обработке информационных слов.
Каждый информационный язык отличается своей семантикой (образование информационных слов, формат слов и.т.д.). Информационное слово может быть двух типов:
Типа «ОПЕРАНД»;
Типа «КОМАНДА».
Для распознания информационных слов вводится формат информационного слова. Это означает, что длинна всего информационного слова разбивается на поля и каждое поле отвечает за определенную информацию. Таким образом, формат – это совокупность полей, определенным образом организованных на длине информационного слова.
Все информационные слова передаются к структурным элементам по системной шине, которая, как было сказано выше, состоит из 3-ёх шин: ША, ШД, ШУ. Существует понятие машинного слова. Машинное слово это слово определенного структурного элемента. Существуют машинные слова:
- процессора;
- основной памяти;
- внешних устройств;
- интерфейса;
Основная память выступает в роли нормализатора информационных слов, тат как системная шина по разрядности обычно ориентирована на ОП а также машинное слово ядра (процессора (П) и ОП) имеют одинаковую разрядность. Если машинные слова не совпадают то вводят согласователи П – ОП, которые преобразуют формат машинного слова. У любого структурного элемента есть контроллер, при помощи которого он подключается к системной шине (см. рис. 12).
Рисунок 12. Подключение устройств к шине
КР – контроллер;
ВП – внешняя память;
ВУ – внешнее устройство,
ИФ – интерфейс.
Примером может служить модуль жёсткого диска, который состоит из самого накопителя на жестких магнитных дисках и контроллера.
Если взять в качестве информационного слова команду, то последовательность команд будет образовывать программу. К любой программе предъявляются следующие требования:
Программа должна обладать определенностью (отсутствие неоднозначности в ячейках памяти, использование четкой логики);
Программа должна обладать свойством массовости (программа должна безошибочно функционировать используя любые конкретные значения операндов из некоторого диапазона).
Программа должна быть результативной (при использовании данных программа всегда должна приводить к конечному результату)
Любая программа является дискретной и в плане используемых данных и в плане выполнения.
Существует свой язык описания работы ЭВМ На каждом уровне организации (см. рис. 3)
ЭЭ: законы ОМА и Кирхгоффа;
ЛЭ: алгебра логики;
ОЭ: машинно-ориентированный язык программирования (микропрограммирование).
СЭ: машинно-ориентированный язык программирования (ассемблер)
ЭВМ: объектно-ориентированный язык программирования.
Любое информационное слово имеет имя в ЭВМ. Именем информационного слова в ЭВМ может являться:
- адрес ячейки памяти, в которой оно хранится;
- название операционного элемента, в котором оно обрабатывается.
Благодаря этому реализуется требование массовости программы.
Пользователи ЭВМ бывают разные:
- использующие только устройства ввода-вывода;
- осуществляющие настройки функционирования ЭВМ;
- отвечающие за качество функционирования каждого блока ЭВМ;
- разработчики ЭВМ.
В соответствии с этим реализуется принцип программной доступности, то есть для пользователей разного уровня разрешается изменение разных областей памяти ЭВМ и возможность осуществления разных настроек СЭ.
Принцип программы хранимой в памяти ЭВМ. ЭВМ является сложной системой и как и всякая сложная система ЭВМ настраивается., а инструментом настройки ЭВМ является та введенная в машину прикладная программа с которой мы работаем. Возникает вопрос: «Где же хранить выполняемую программу?».
Есть два способа решения данной проблемы:
По НЕЙМОНУ архитектура памяти предполагает хранение программ и данных в одной памяти, просто области хранения разграничиваются. Недостатком такой архитектуры является не возможность одновременного считывания команд программы и операндов;
Гарвардская архитектура памяти предполагает разделение основной памяти на две части:
- память данных;
- память программ.
Все положения ППУ Фон Неймана действуют на структурном уровне. Своеобразным аналогом ППУ на операционном уровне является принцип микро-прогаммного управления.