Тема 1_ 2010 (540205), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Формированиесбалансированного машинного парка является сложной политической, экономической исоциальной проблемой, решение которой требует много миллиардных инвестиций. Для этогодолжна быть разработана соответствующая структура: создание специальных производств(элементной базы ЭВМ, программного обеспечения и технических связей), смена поколениймашин и технологий, изменение форм экономического и административного управления,создание новых рабочих мест и т.д.3. Структурная организация ЭВМ различных поколенийОсновным принципом построения всех современных ЭВМ является программноеуправление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в видепрограммы вычислений.“Алгоритм - конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредствомконечного количества операций”.“Программа (для ЭВМ) - упорядоченная последовательность команд, подлежащаяобработке” (стандарт ISO 2382/1-84).Следует заметить, что строгого, однозначного определения алгоритма, равно как иоднозначных методов его преобразования в программу вычислений, не существует.Принцип программного управления может быть осуществлен различными способами.Стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способ, описанный Дж.
фонНейманом в 1945 г. при построении еще первых образцов ЭВМ.Суть его заключается в следующем.Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны бытьпредставлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих словкоманд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, местонахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков.
Операнды - переменные,значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всехпеременных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений)является еще одним неотъемлемым элементом любой программы.Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. Вкачестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для храненияобъектов. Информация (командная и данные: числовая, текстовая, графическая и т.п.)кодируется двоичными цифрами 0 и 1. Поэтому различные типы информации, размещенныев памяти ЭВМ, практически неразличимы, идентификация их возможна лишь привыполнении программы, согласно ее логике, по контексту.Каждый тип информации имеет форматы - структурные единицы информации,закодированные двоичными цифрами 0 и 1.
Обычно все форматы данных, используемые вЭВМ, кратны байту, т.е. состоят из целого числа байтов.Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называетсяполем. Например, в каждой команде программы различают поле кода операций, полеадресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют знаковые разряды,поле значащих разрядов чисел, старшие и младшие разряды.Последовательность, состоящая из определенного принятого для данной ЭВМ числабайтов, называется словом. Для больших ЭВМ размер слова составляет четыре байта, дляПЭВМ - два байта.
В качестве структурных элементов информации различают такжеполуслово, двойное слово и др.Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления, логично вытекает изпоследовательного характера преобразований, выполняемых человеком по некоторомуалгоритму (программе). Обобщенная структурная схема ЭВМ первых поколенийпредставлена на рис.1.В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которыхпользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним. Введеннаяинформация полностью или частично сначала запоминается в оперативном запоминающемустройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ),предназначенное для длительного хранения информации, где преобразуется в специальныйпрограммный объект - файл.
“Файл - идентифицированная совокупность экземпляровполностью описанного в конкретной программе типа данных, находящихся вне программыво внешней памяти и доступных программе посредством специальных операций (ГОСТ20866 - 85)”.Рис. 1. Структурная схема ЭВМ первого и второго поколенийПри использовании файла в вычислительном процессе его содержимое переносится вОЗУ. Затем программная информация команда за командой считывается в устройствоуправления (УУ).Устройство управления предназначается для автоматического выполнения программпутем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ. Цепи сигналовуправления показаны на рис. 1.
штриховыми линиями. Вызываемые из ОЗУ командыдешифрируются устройством управления: определяются код операции, которую необходимовыполнить следующей, и адреса операндов, принимающих участие в данной операции.В зависимости от количества используемых в команде операндов различаются одно-,двух-, трехадресные и безадресные команды.В одноадресных командах указывается, где находится один из двух обрабатываемыхоперандов. Второй операнд должен быть помещен заранее в арифметическое устройство (дляэтого в систему команд вводятся специальные команды пересылки данных междуустройствами).Двухадресные команды содержат указания о двух операндах, размещаемых в памяти(или в регистрах и памяти).
После выполнения команды в один из этих адресов засылаетсярезультат, а находившийся там операнд теряется.В трехадресных командах обычно два адреса указывают, где находятся исходныеоперанды, а третий - куда необходимо поместить результат.В безадресных командах обычно обрабатывается один операнд, который до и послеоперации находится на одном из регистров арифметико-логического устройства (АЛУ).Кроме того, безадресные команды используются для выполнения служебных операций(очистить экран, заблокировать клавиатуру, снять блокировку и др.).Все команды программы выполняются последовательно, команда за командой, в томпорядке, как они записаны в памяти ЭВМ (естественный порядок следования команд).
Этотпорядок характерен для линейных программ, т.е. программ, не содержащих разветвлений.Для организации ветвлений используются команды, нарушающие естественный порядокследования команд. Отдельные признаки результатов r(r = 0, r < 0, r > 0 и др.) устройствоуправления использует для изменения порядка выполнения команд программы.Рассмотрим пример выполнения 3-х адресной команды в ЭВМ в соответствии с принципамиДж.фон Неймана. Предположим, что некоторая i-ая команда эта команда сложения чисел “a” и “b” иполученная сумма должна быть занесена в ЗУ.Пусть:КО «+» - 01Код адреса ячейки “a” – 0100Код адреса ячейки “ b ” – 0101Сумма заносится в ячейку с адресом 0200Тогда код команды в ячейке i – 01 0100 0101 0200Эта команда поступает в УУ и дешифруется КО.
В результате УУ определяет, какая командабудет выполняться и всем компонентам машины, участвующим в ее реализации, по каналам связипосылается соответствующая информация. После получения от всех компонент ответнойинформации об их готовности к выполнению операции в УУ, выделяется код адреса первогооперанда, т.е. 0100, который пересылается в ЗУ. В ЗУ отыскивается соответствующая ячейка и еесодержимое пересылается в АЛУ.Все эти действия сопровождаются посылкой компонентами, участвующими в операции,соответствующей информации в УУ.Далее также обрабатывается второй адрес. В АЛУ образуется сумма (a+b), получив этуинформацию, УУ выделяет код последнего адреса и посылает его в ЗУ.
Как только УУ получаетинформацию, что ячейка с этим адресом найдена, УУ посылает в АЛУ управляющую информацию опосылке суммы в ЗУ. Таким образом, в ячейке 0200 оказывается “a+b”.К этому моменту содержимое специального счетчика УУ – счетчика команд (СЧ)увеличивается на 1 (i+1).Этот новый адрес посылается в ЗУ и начинается процесс выполнения следующей команды.Если выполняется команда безусловной передачи управления другой команде программы, то вадресной части этой команды находится код адреса, который будет занесен в СЧ.Если же выполняется команда условной передачи управления, то новый код адреса заноситсяв СЧ только при выполнения условия.Изложенный процесс работы ЭВМ фон Неймановской архитектуры очень упрощен.
На самомделе происходят более сложные процессы, все они по времени строго синхронизированы и вопределенной степени совмещаются.АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными. Основнойчастью АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят сумматоры,счетчики, регистры, логические преобразователи и др. Оно каждый раз перенастраивается навыполнение очередной операции. Результаты выполнения отдельных операций сохраняютсядля последующего использования на одном из регистров АЛУ или записываются в память.Результаты, полученные после выполнения всей программы вычислений, передаются наустройства вывода (УВыв) информации.
В качестве УВыв могут использоваться экрандисплея, принтер, графопостроитель и др.Современные ЭВМ имеют достаточно развитые системы машинных операций.Например, ЭВМ типа IBM PC имеют около 200 различных операций (170 - 230 взависимости от типа микропроцессора). Любая операция в ЭВМ выполняется поопределенной микропрограмме, реализуемой в схемах АЛУ соответствующейпоследовательностью сигналов управления (микрокоманд).
Каждая отдельнаямикрокоманда- это простейшее элементарное преобразование данных типа алгебраическогосложения, сдвига, перезаписи информации и т.п.Уже в первых ЭВМ для увеличения их производительности широко применялосьсовмещение операций. При этом последовательные фазы выполнения отдельных командпрограммы (формирование адресов операндов, выборка операндов, выполнение операции,отсылка результата) выполнялись отдельными функциональными блоками. В своей работеони образовывали своеобразный конвейер, а их параллельная работа позволяла обрабатыватьразличные фазы целого блока команд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
