Архитектура и принцип работы ЭВМ

Устройство управления

Очередная команда ®

Адрес, команда

Код операции

ввод

ПРОГРАММА

РЕЗУЛЬТАТЫ

вывод

ДАННЫЕ

ЗУ

Исходные числа

Промежуточный результат ®

Арифметическое устройство

Рисунок 2.

Программа – это перечень команд, которые вычислительная машина последовательно выполняет до получения конечного результата. Из запоминающего устройства выбирается очередная команда, содержащая номер выполняемой операции (код) и адрес числа, над которым необходимо произвести данную операцию. Эта команда поступает в устройство управления (УУ), где разделяется на две части: код операции, поступающей в арифметическое устройство и адрес операции – в запоминающее устройство.

Арифметическое устройство (АУ) выполняет операции согласно поступившему в него коду. Запоминающее устройство (ЗУ) по данном адресу выдает в арифметическое устройство исходное число. АУ выполняет требуемую операцию и выдает сигнал в устройство управления для определения адреса следующей команды. При поступлении следующей команды в устройство управления (УУ) процесс повторяется. Результаты вычислений, накопленные в ЗУ, после окончания расчета поступают на устройство вывода (печать, запись на диск, вывод на экран дисплея или графопостроитель).

Иерархическая структура памяти связана с противоречивостью требований к ЗУ – большая емкость и высокое быстродействие. Оба эти требования не могут быть удовлетворены в равной мере одним устройством, так как увеличение емкости приводит к усложнению ЗУ и снижению быстродействия. Поэтому, начиная с ЭВМ второго поколения, организована иерархия памяти, т.е. создано несколько запоминающих устройств, каждое из которых отвечает в наибольшей степени одному из требований. В общем случае производится выделение сверхоперативной памяти, оперативной, или главной памяти, и внешней памяти.

Сверхоперативная память (общего назначения) строится на регистрах и по логике своей работы относится к обрабатывающему (арифметическому) устройству ЭВМ. Эта память в ряде случаем позволяет сокращать время обмена информацией с оперативной памятью.

Оперативная память ЭВМ участвует в основном (оперативном) вычислительном процессе совместно с обрабатывающим устройством и строится на магнитных ферритовых сердечниках и интегральных схемах.

Внешняя память организована на магнитных носителях – барабанах, лентах, а в более поздних моделях второго поколения – на дисках. Все устройства внешней (по отношению к ЭВМ) памяти подключаются к ЭВМ аналогично устройствам ввода-вывода (УВВ).

Система прерывания программ – логическое продолжение

Одна из отличительных особенностей управляющих ЭВМ заключается в том, что она взаимодействует не с человеком-оператором, а непосредственно с физическим объектом и отображает информацию о ходе процесса. Кроме того, она не может самостоятельно выбирать темп работы и должна в реальном масштабе времени реагировать на разнообразные изменения в управляемом процессе, для чего необходимо оптимальное регулирование оптимальных параметров процесса. Для этого следует в эксперименте определять реальную траекторию процесса и сравнивать её в каждый момент времени с выбранной, чтобы вовремя ввести необходимую коррекцию. Проведение таких расчетов вручную потребует столько времени, что результаты окажутся уже практически ненужными, а ЭВМ позволяет вычислять необходимые параметры в реальном масштабе времени.

Результаты вычислений, накопленные в ЗУ, после окончания расчета поступают на устройство вывода (печать, запись на диск, вывод на экран дисплея или графопостроитель).