Федеральное агентство по образованию

Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М. Ф. Решетнева

Организация эвм и систем

Учебное пособие

для студентов, обучающихся по направлению

«Информатика и вычислительная техника»

Красноярск 2009

УДК 681.3(075)

ББК 32.973.2-02я7

Организация ЭВМ и систем : учебное пособие по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов спец. очной формы обучения /сост.: К. В. Богданов, В. А. Сарычев ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. — Красноярск, 2009. — 258 с.

Учебное пособие посвящено систематизированному изложению некоторых основных вопросов организации структуры и функционирования вычислительных машин и систем. Рассматриваются вопросы функционирования классических фон-неймановских машин, история развития вычислительной техники и типов архитектур, вопросы организации системы команд вычислительных машин, принципы работы и архитектура процессора, построенного по классической фон-неймановской схеме.

© Сибирский государственный аэрокосмический

университет имени академика М. Ф. Решетнева, 2009

Содержание

Глава 1. Становление и эволюция цифровой вычислительной техники 8

1.1. Определение понятия «архитектура» 9

1.2. Уровни детализации структуры вычислительной машины 9

1.3. Эволюция средств автоматизации вычислений 11

1.3.1. Нулевое поколение (1492-1945) 13

1.3.2. Первое поколение(1937-1953) 17

1.3.3. Второе поколение (1954-1962) 20

1.3.4. Третье поколение (1963-1972) 21

1.3.5. Четвертое поколение (1972-1984) 23

1.3.6. Пятое поколение (1984-1990) 24

1.3.7. Шестое поколение (1990–) 25

1.4. Концепция машины с хранимой в памяти программой 26

1.4.1. Принцип двоичного кодирования 28

1.4.2. Принцип программного управления 28

1.4.3. Принцип однородности памяти 29

1.4.4. Принцип адресности 29

1.5. Фон-неймановская архитектура 29

1.6 Типы структур вычислительных машин и систем 32

1.6.1. Структуры вычислительных машин 32

1.6.2. Структуры вычислительных систем 33

1.6.3. Перспективные направления исследований в области архитектуры 35

Контрольные вопросы 36

Глава 2. Архитектура системы команд 37

2.1. Понятие архитектуры системы команд 37

2.2. Классификация архитектур системы команд 38

2.2.1. Классификация по составу и сложности команд 39

2.2.2. Классификация по месту хранения операндов 42

2.3. Форматы команд 50

2.3.1. Длина команды 51

2.3.2. Разрядность полей команды 52

2.3.3. Количество адресов в команде 53

2.4. Выбор адресности команд 55

2.4.1. Адресность и емкость запоминающего устройства 55

2.4.2. Адресность и время выполнения программы 55

2.4.3. Адресность и эффективность использования памяти 56

2.5. Способы адресации операндов 56

2.5.1. Непосредственная адресация 57

2.5.2. Прямая адресация 58

2.5.3. Косвенная адресация 59

2.5.4. Регистровая адресация 60

2.5.5. Косвенная регистровая адресация 60

2.5.6. Адресация со смещением 61

2.5.7. Относительная адресация 62

2.5.8. Базовая регистровая адресация 63

2.5.9. Индексная адресация 65

2.5.10. Страничная адресация 66

2.6. Цикл команды 67

2.7. Основные показатели вычислительных машин 68

Контрольные вопросы 69