1. Архитектурные принципы фон Неймана.

Термин «электронная вычислительная машина – ЭВМ» определяется как совокупности технических средств, служащих для автоматизированной обработки дискретных данных по заданному алгоритму.

В основе архитектуры современных ЭВМ лежит представление алгоритма решения задачи в виде программы последовательных вычислений. Согласно стандарту ISO 2382/1-84, программа для ЭВМ – это «упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке».

ЭВМ, в которой определенным образом закодированные команды программы хранятся в памяти, известна под названием вычислительной машины (ВМ) с хранимой в памяти программой, а сама концепция вычислительной машины – концепции хранимой в памяти программы (концепция машины с хранимой в памяти программой).

Сущность фон-неймановской концепции вычислительной машины можно свести к четырем принципам:

1. двоичного кодирования;

2. программного управления;

3. адресности;

4. однородности памяти.

Принцип двоичного кодирования

Вся информация в вычислительной машине (как данные, так и команды) кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы (элементы) информации, которые называются словами. Группа двоичных разрядов, составляющих слово, обрабатываются одновременно. Каждый тип информации имеет свой формат. Например, в формате данных с фиксированной запятой обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов.

Принцип программного управления

Порядок выполнения действий вычислительной машиной задается алгоритмом. Все действия, предусмотренные алгоритмом решения задачи, представляются в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов – машинных команд. Каждая команда предписывает некоторую элементарную операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной, с помощью которых осуществляется обработка данных. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, т. е. в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих действий, либо безусловно.

В формате команды выделяются две части: операционная часть и адресная часть. В операционной части задается код операции. Код операции представляет собой указание, какая операция должна быть выполнена. Адресная часть содержит адреса объектов обработки (операндов) и результата.

Принцип адресности

Структурно память вычислительной машины состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Слова информации (двоичные коды команд и данных) хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек, которые называются адресами слов.

Принцип однородности памяти

Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы, распознать их можно только по способу использования, т.е. разнотипные слова информации различаются по способу использования, но не способом кодирования. Отсутствует явное различие между командами и данными. Их идентифицируют неявным способом при выполнении операций. Так, объект, адресуемый командой перехода, определяется как команда, а операнды, с которыми имеет дело команда, определяются как данные. В свою очередь, назначение (тип) данных не является их неотъемлемой составной частью, т.е. ЭВМ безразлична к целевому назначению данных – ей все равно, какую логическую нагрузку несут обрабатываемые данные. Нет, например, никаких средств, позволяющих явно отличить набор бит, представляющих число с плавающей запятой, от набора бит, являющихся строкой символов. Назначение данных определяется логикой программы. Если машина извлекает из памяти команду сложения чисел с плавающей запятой, то предполагается, что операнды – числа с плавающей запятой, и над операндами выполняется сложение согласно правилам арифметики чисел с плавающей запятой.