Общие принципы построения современных ЭВМ

Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.

«Алгоритм — конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций». «Программа для ЭВМ — упорядоченная последовательность команд, подлежа­щая обработке» (стандарт ISO 2382/1-84 г.).

Следует заметить, что строгого, однозначного определения алгоритма, равно как и однозначных 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. фон Нейманом в 1945 г. при построении еще первых образцов ЭВМ.

Принципы фон-Неймана:

1. Основными блоками являются блок управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), память (ОЗУ), устройство ввода (Увв) и устройство вывода (Увыв)
2. Информация представляется в двоичном коде и разделяется на единицы, называемые словами.
3. Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих сигналов, которые определяют смысл операции. Эти управляющие слова называются командами. Последовательность команд, реализующих алгоритм называется программой.
4. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти.
5. Устройство управления и арифметическое устройство объединены в одном устройстве, которое называется процессором.

Другими словами – все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов – команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, местонахождение (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды – переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) является еще одним неотъемлемым элементом любой программы.

Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов. Информация (команды и данные: числовые, текстовые, графические и т.п.) кодируется двоичными цифрами «О» и «1». Поэтому различные типы информации, размещенные в памяти ЭВМ, практически не различимы, идентификация их возможна лишь при выполнении программы, согласно ее логике, по контексту.

Каждый тип информации имеет свои форматы – структурные единицы информации, закодированные двоичными цифрами «О» и «1». Обычно все форматы данных, используемые в ЭВМ, кратны байту, т.е. состоят из целого числа байтов.

Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, представлена полем. Например, в каждой команде программы различают поле кода операций, поле адресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют знаковые разряды, значащие разряды чисел, старшие и младшие разряды.

Последовательность, состоящая из определенного, принятого для данной ЭВМ числа байтов, называется словом. Для больших ЭВМ размер слова составляет 4 байта, для ПЭВМ — 2 байта. В качестве структурных элементов информации различают также полуслово, двойное слово и др.

Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления, логично вытекает из последовательного характера преобразований, выполняемых человеком по некоторому алгоритму (программе).

Обоб­щенная структурная схема ЭВМ первых поколений представлена на рисунке