Функционирование ЭВМ с шинной организацией

Основные принципы функционирования ЭВМ с шинной и канальной организацией

Принципы фон Неймана

Определение и принципы организации информационных процессов в вычислительных устройствах

Архитектура ЭВМ – это описание основных функциональных модулей, машинного языка и используемых структур данных.

К архитектуре ЭВМ относят следующие общие принципы построения:

Ø Структура памяти ЭВМ

Ø Способы доступа к памяти и внешним устройствам

Ø Возможность изменения конфигурации компьютера

Ø Система команд

Ø Форматы данных

Ø Организация интерфейса

Архитектура не определяет особенности реализации аппаратной части ЭВМ, Времени выполнения команд, степени параллелизма, ширины шин и других аналогичных характеристик, то есть термин «архитектура» используется для описания возможностей, предоставляемых ЭВМ.

Конфигурация ЭВМ – это компоновка вычислительного устройства с четким определением характера, количества взаимосвязей и основных характеристик его функциональных элементов.

Организация ЭВМ – это непосредственная реализация возможностей ЭВМ.

Команда – это совокупность сведений необходимых процессору для выполнения определенного действия при выполнении программы.

Команда состоит из:

1. Кода операции, указывающего ту операцию, которую необходимо выполнить

2. Нескольких адресных полей, указывающих место расположения в памяти операндов команды.

 

 

Способом вычисления адреса по информации, содержащейся в адресном поле команды называется режим адресации

Система команд ЭВМ – это вся совокупность команд, реализованных в данной ЭВМ.

Большинство ЭВМ строится на базе принципов сформулированных в 1946 году группой ученых под руководством фон Неймана.

1. Основными блоками фон Неймовской машины являются:

a. Блок управления

b. Арифметическо-логическое устройство

c. Память

d. Устройство ввода вывода

2. Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы, называемые словами.

3. Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов (команд), которые определяют смысл операции.

4. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, и кодируются одним и тем же способом, различаясь лишь по способу использования

5. Устройство управления и арифметико-логическое устройство обычно обьеденяют в одно и называют Центральным процессором (ЦП). ЦП определяет действия, подлежащие выполнению путем считывания команд из оперативной памяти.

Обобщенная структурная схема ЭВМ:

 

 

Центральный процессор - функциональная часть ЭВМ, выполняет основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков.

Арифметико-логическое устройство обрабатывает информацию, хранящуюся в оперативной памяти. АЛУ формирует по двум входным переменным одну выходную, выполняя заданную операцию (сложение, вычитание, сдвиг и т.д.). Выполнение операций определяется микрокомандой, полученной от устройства управления.

Разряды флагового регистра АЛУ содержат информацию, характеризующую результат операции. Равенство нулю, знак плюс, или минус, правильность выполнения операции. Программный анализ флагов позволяет производить операции ветвления в зависимости от конкретных значений данных.

Регистровая память (регистры процессора). Это набор программно доступных быстродействующих ячеек памяти. К регистрам процессора относятся:

a. Регистр данных – служит для хранения промежуточных результатов

b. Регистр аккумулятор – регистр временного хранения, который используется в процессе вычислений (например, в нем формируется результат команды умножения)

c. Регистр указатель стека – используется при операциях с такой структурой данных, где последнее записанное в него значение извлекается из него первым. Стеки используются для организации работы подпрограмм.

d. Индексные, указательные и базовые регистры – используются для хранения и вычисления адресов операндов в памяти.

e. Регистры счетчики – используются для организации циклических участков в программах

f. Регистры общего назначения – могут использоваться для любых целей, которые определяет программист при написании программы.

Количество регистров и связи между ними влияют на сложность и стоимость процессора, но большое количество регистров с богатым набором возможностей упрощает программирование и повышает возможности программного обеспечения