Тема 2_2010 Общие принципы (987273), страница 4
Текст из файла (страница 4)
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, гденаходится один из двух обрабатываемых операндов. Второй операнд должен быть помещензаранее в арифметическое устройство (для этого в систему команд вводятся специальныекоманды пересылки данных между устройствами).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.
Этот принцип получил дальнейшее развитие в ЭВМследующих поколений. Но все же первые ЭВМ имели очень сильную централизациюуправления, единые стандарты форматов команд и данных, “жесткое” построение цикловвыполнения отдельных операций, что во многом объясняется ограниченнымивозможностями используемой в них элементной базы. Центральное УУ обслуживало нетолько вычислительные операции, но и операции ввода-вывода, пересылок данных междуЗУ и др. Все это позволяло в какой-то степени упростить аппаратуру ЭВМ, но сильносдерживало рост их производительности.В ЭВМ третьего поколения произошло усложнение структуры за счет разделенияпроцессов ввода-вывода информации и ее обработки (рис.
2).Рис.2. Структурная схема ЭВМ третьего поколенияСильносвязанные устройства АЛУ и УУ получили название процессор, т.е.устройство, предназначенное для обработки данных. В схеме ЭВМ появились такжедополнительные устройства, которые имели названия: процессоры ввода-вывода, устройствауправления обменом информацией, каналы ввода-вывода (КВВ). Последнее названиеполучило наибольшее распространение применительно к большим ЭВМ. Здесь наметиласьтенденция к децентрализации управления и параллельной работе отдельных устройств, чтопозволило резко повысить быстродействие ЭВМ в целом.Среди каналов ввода-вывода выделяли мультиплексные каналы, способныеобслуживать большое количество медленно работающих устройств ввода-вывода (УВВ), иселекторные каналы, обслуживающие в многоканальных режимах скоростные внешниезапоминающие устройства (ВЗУ).В персональных ЭВМ, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, произошлодальнейшее изменение структуры (рис.
3). Они унаследовали ее от мини-ЭВМ.Рис. 3. Структурная схема ПЭВМСоединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общейшины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления ипитания. Единая система аппаратурных соединений значительно упростила структуру,сделав ее еще более децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются подуправлением сервисных программ.Ядро ПЭВМ образуют процессор и основная память (ОП), состоящая из оперативнойпамяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). ПЗУ предназначается для записи ипостоянного хранения наиболее часто используемых программ управления.
Подключениевсех внешних устройств (ВнУ), дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и других обеспечиваетсячерез соответствующие адаптеры - согласователи скоростей работы сопрягаемых устройствили контроллеры - специальные устройства управления периферийной аппаратурой.Контроллеры в ПЭВМ играют роль каналов ввода-вывода. В качестве особых устройствследует выделить таймер - устройство измерения времени и контроллер прямого доступа кпамяти (КПД) - устройство, обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.Способ формирования структуры ПЭВМ является достаточно логичным иестественным стандартом для данного класса ЭВМ.Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которыеявляются общим стандартом структур современных ЭВМ:•модульность построения,•магистральность,•иерархия управления.Модульность построения предполагает выделение в структуре ЭВМ достаточноавтономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модульпамяти, накопитель на жестком или гибком магнитном диске).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
