Лекция: Принципы построения и функционирования ЭВМ. Принцип программного управления.
Архитектура вычислительной системы -общая логическая организация цифровой вычислительной системы, определяющая процесс обработки данных в конкретной вычислительной системе и включающая методы кодирования данных, состав, назначение, принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.
Все универсальные вычислительные машины, в том числе и персональные компьютеры, имеют структуру, показанную на рис, где обозначено:
АЛУ — арифметическо-логическое устройство;
УУ — устройство управления;
ВУ — внешние устройства;
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство.
Линии со стрелками и означают информационные и управляющие связи, соответственно.
| Общая структура универсальной ЭВМ. |
Впервые такую структуру вычислительных машин предложил Джон фон Нейман в 1945 г., поэтому ЭВМ со структурой рис называют машинами фон Неймана. Чтобы компьютер был универсальным и эффективным устройством для обработки информации, он должен иметь следующие основные устройства:
· арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
· устройство управления, предназначенное для организации процесса выполнения программ;
· оперативное запоминающее устройство (оперативная память) для хранения программ и данных;
· внешние устройства для ввода/вывода информации.
Построение вычислительных машин основано на трех принципах:
· принцип цифрового представления данных (чисел, команд, обозначение операций, букв, слов и т.д.). Единицами данных в ЭВМ являются бит, байт, слово и т.п.;
· принцип адресности данных, согласно которого все данные и любые объекты программы хранятся в ячейках памяти, имеющих адрес;
· принцип программного управления (Ч.Беббидж, 1834 г.), сущность которого состоит в том, что управление вычислительным процессом осуществляется с помощью программы, находящейся в памяти ЭВМ.
Принцип программного управления
В XIX веке английским математиком и инженером Чарльзом Бэббиджем был разработан проект вычислительной машины, которая предназначалась для автоматического проведения длинных цепочек вычислений. Конструкция его аналитической машины включала 50 тысяч деталей.
В созданной Бэббиджем аналитической машине присутствовала хранимая в памяти машины программа ее работы. Меняя программу (перфокарту), можно было изменять порядок вычислений, то есть переходить от одной задачи к другой.
Главной особенностью конструкции этой машины является программный принцип работы. Принцип программы, хранимой в памяти компьютера, считается важнейшей идеей современной компьютерной архитектуры. Суть идеи заключается в том, что
1) программа вычислений вводится в память ЭВМ и хранится в ней наравне с исходными числами;
2) команды, составляющие программу, представлены в числовом коде по форме ничем не отличающемся от чисел.