1.2. Принцип действия и общая структура эвм.
В основе функционирования ЭВМ лежат принципы программного управления и хранимой в памяти программы. Мы уже говорили, что в цифровых ЭВМ действия выполняются одним арифметическим устройством последовательно во времени. Поэтому любую задачу нужно представить сначала в виде последовательности этих простейших операций - алгоритмизировать ее.
Напомню, что алгоритмом называют последовательность арифметических и логических операций, которую надо произвести над исходными данными для получения решения.
Описание алгоритма в форме, воспринимаемой ЭВМ, называется программой. Программы записываются в виде некоторой последовательности команд, каждая из которых предписывает ЭВМ выполнить определенное действие (операцию) и указывает над какими словами (операндами) это действие производится. В этом и состоит принцип программного управления.
Для обеспечения высокой скорости решения задачи программу записывают предварительно в память ЭВМ. Оттуда она извлекает ее сама, в своем темпе, чем и достигается высокая скорость решения задачи. Фактически, использование и, главное, возможность реализации второго принципа и обеспечили появление современных ЭВМ, хотя попытки их построения на основе только первого принципа относятся к прошлому веку.
Для реализации обоих принципов ЭВМ должна, таким образом, содержать: устройство для выполнения арифметических и логических операций над информацией, представленной кодами - машинными словами АЛУ; устройство для запоминания и промежуточного хранения информации ЗУ; устройство управления УУ, обеспечивающее автоматическое выполнение программы, устройства для ввода, отображения и регистрации информации (периферийные или внешние устройства) и т.п. УУ и АЛУ часто не разделяют и называют процессором ( или центральным процессором, если другие в составе данной ЭВМ есть и другие АЛУ и УУ, выполняющие вспомогательные функции, например, некоторые специальные вычисления - сопроцессоры, или управление внешними устройствами и т.п.).
В структуре современных ЭВМ эти устройства включаются параллельно с помощью системы шин (рис.1.1). Шиной называют группу проводов (линий), разъемов и вспомогательных устройств (усилителей, разделителей и др.), по которым передаются сигналы одинакового функционального значения.
к ТОУ
ВЗУ
АЛУ
ОЗУ УСО
Контроллер
Системная шина
Таймер
Ад. Ад. Сетевой Ад.
Магистраль сети
ПУ Принтер Монитор Кл
Рис.1.1. Обобщенная структурная схема ЭВМ
АЛУ - арифметико-логическое устройство; ОЗУ - оперативное запоминающее устройство; ВЗУ - внешние запоминающие устройства; ПУ - периферийные устройства; Кл -клавиатура; Ад, Контроллер - адаптер или контроллер - блоки управления соответствующими устройствами ЭВМ.
Совокупность шин и разъемов, связывающие устройства ЭВМ между собой, называется системной шиной. Методика и протокол связи устройств ЭВМ между собой (требования к сигналам, характер и последовательность их передачи), а также устройства обеспечивающие связь называются - интерфейсом. В этом смысле иногда употребляют и термин “шина”, т.е. его расширяют включением в это понятие и протокола обмена.
В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами процессоры. Модульная конструкция ЭВМ сделала ее открытой системой, способной к совершенствованию, но она и потребовала унификации и стандартизации оборудования. Кроме того, децентрализация управления предопределила иерархическую структуру, где главный процессор лишь определяет последовательность работ подчиненных модулей, которые в свою очередь могут использовать специальные шины для обмена информацией - иерархия шин. Децентрализация управления позволила перейти к мультипрограммным режимам - работы сразу с несколькими программами пользователей (ранее этот режим назывался режимом разделения времени).