1. Вклад ученых Украины в развитие ВТ и ЭВМ

2. Мировая история развития ЭВМ и МП

3. Цифровое десятилетие 2000-2009

Переход от аналоговых технологий к цифровым.

• Automatic teller machine

• Computer in automobiles

• Laptop computers

• World wide web

4. Общие принципы архитектуры ЭВМ по фон Нейману

Джон фон Нейман, в 1945 г. сформулировал следующие принципы архитектуры ЭВМ:

1. Наличие единого вычислительного устройства, включающего процессор, память и средства передачи информации.

2. Линейная структура организации памяти, при которой память состоит из множества слов одинаковой разрядности.

3. Низкий уровень машинного языка, команды которого реализуют простейшие операции над элементарными операндами.

4. Централизованное последовательное управление.

5. Использование двоичной системы счисления.

Ее использование определяет наличие единого коммуникационного системного тракта между процессором и памятью (или же между глобальной памятью и рядом процессоров) - общей системы шин.

По мере развития микроэлектроники и повышения требовательности к производительности ЭВМ при использовании данной архитектуры возникли некоторые проблемы.

Суть первой проблемы в том, что все обращения процессорных элементов к памяти и устройствам ввода-вывода происходят через одну общую шину.Поскольку процесс передачи осуществляется последовательно, то, например, пока не завершится передача одного операнда невозможно передавать второй, и пока результат не будет передан по шине, невозможно начинать выполнение следующей операции.

Кроме того, для решения большого круга задач требовалось увеличение объема памяти, поэтому ее стали выносить на кристаллы или другие платы. В результате, темп пересылки данных с использованием интерфейса накладывал жесткие ограничения на скорость обработки информации.

Следовало также учитывать задержки, вносимые «паразитическими» емкостями, протяженными линиями шины памяти, буферами и декодирующими схемами. И все эти факторы накладывали ограничения сверху на скорость обработки информации. Естественным способом решения этой проблемы, было увеличением пропускной способности шины, в частности, это увеличение ''ширины'' шины, то есть ее разрядности. Если раньше шина была 8-разрядной или 16 разрядной, то в современной ЭВМ она 128-разрядная.

Многие проблемы, возникающие в классической архитектуре, были решены созданием векторных ЭВМ или матричных процессоров, где используются уже не один, а несколько процессоров. Однако общая шина и общая память в любой произвольный момент времени могут обслуживать только один процессор. И по мере добавления новых процессорных элементов работа шины сопряжена с возможными столкновениями или конфликтными ситуациями между различными процессорными элементами, запрашивающих разрешение на управление шиной. Поэтому другой способ - использование специальных устройств, разрешающих конфликты между несколькими УУ при их одновременном обращении к системным ресурсам. Таким образом, предотвращается затруднение, что шина и память в любой момент времени обслуживает только один процессор.

Еще один путь - использование механизма конвейеризации, заключающейся в том, что любая команда разбивается на некоторые этапы, и эти этапы выполняются параллельно, т.е. использование совокупных устройств обработки, с привлечением сопроцессоров.

Еще одним способом преодоления сложившихся проблемных ситуаций при функционировании ЭВМ классической архитектуры стало использование механизма многоуровневой иерархической памяти, "расслоение памяти". Тогда оперативная память не является единым целым, а делится на части - это cache-память. В современных ЭВМ используется cache двух уровней.

Поэтому, начиная с 70-х годов, принципы фон Неймана начали пересматриваться, так как они содержат структурные ограничения на характеристики машин. Если подытожить все вышеперечисленное, то можно сделать вывод, что активный пересмотр этих принципов вызван следующими причинами:

1. Сложность решения задач и обеспечения параллелизма работы ЭВМ.

2. Проблема передачи данных из процессора в основную память.

3. Развитие микроэлектроники, появление интегральных схем.

4. Расширение области приложений, требующих высокой надежности

6. Представление чисел в формате с плавающей запятой

5. Представление чисел в формате с фиксированной точкой

6. Стандарт ieee 754 представления чисел в формате с плавающей запятой

6. Формат команды

Формат команды - это последовательность нулей и единиц, формирующих различные группы бит (поля), со своей спецификацией назначения. Та часть команды, которая определяет выполняемое действие, т. е. содержит информацию для устройства управления, называется кодом операции (сокращенно - КОП (Operation code)). Данные, необходимые для выполнения этого действия, называются операндами. Таким образом, команда состоит из кода операции и одного или нескольких операндов.

Тогда структура любой машинной команды может быть представлена в виде:

<команда> :: <КОП> <операндная часть> [<операндная часть>[,<операндная часть>[, …]

Формат 3+1

В качестве первого формата может выступать так называемый формат команды 3+1, который имеет следующий вид:

КОП

Адрес Операнда 1

Адрес Операнда 2

Адрес результата

Адрес следующей команды

В этом формате вначале идет код операции, который указывает операцию, которую должна выполнить ЭВМ (сложение, вычитание, умножение, сравнение, изменение знака и т.п.).

За ним следуют адреса двух операндов. Далее следует адрес ячейки памяти, в которую должен быть помещен результат операции. Завершающей частью команды служит адрес следующей выполняемой команды.

Пример: A = (B*C) - (D*E)

1	I1	MUL	B,C	T1	I2	(T1)(B)*(C)&(I2)
2	I2	MUL	D,E	T2	I3	(T2)(D)*(E)&(I3)
3	I3	SUB	T1,T2	A	I4	(A)(T1)-(T2)&(I4)
4	I4	STOP

1. (T1)(B)*(C) & (I2)

2. (T2)(D)*(E) & (I3)

3. (A)(T1)-(T2) & (I4).

Формат трехадресной ЭВМ

КОП

Адрес Операнда 1

Адрес Операнда 2

Адрес результата

Однако данное усовершенствование требует уже аппаратных затрат. А именно, необходимо как-то определить какой же будет следующая команда. Логично предположить, что следом за текущей командой выполняется команда из следующей ячейки.

Например, команда сложения в данном формате имеет вид:

АDD

X

Y

Z

Или в инфиксной записи: (Z)  (X)+(Y), а далее выполняется команда из следующей ячейки.

A = (B*C) - (D*E)

Формат двухадресной эвм

КОП

Адрес Операнда 1

Адрес Операнда 2

В такой машине необходимо не только отслеживать, как одна команда следует за другой, как это было в трехадресной ЭВМ, но и за отсутствия поля результата необходимо следить за тем, чтобы не потерять результат. В ЭВМ с таким форматом результат выполнения команды помещается в ячейку, в которой находился один из операндов

1	РС	MUL	B,C	(С)(B)*(C)
2	РС+1	MUL	D,E	(Е)(D)*(E)
3	РС+2	SUB	Е,С	(С)(С)-(Е)
4	РС+3	MOV	С,А	(A)(C)
5	РС+4	STOP