5.2Структура и принцип работы классической эвм

Как известно, впервые над устройством автоматической машины, способ­ной работать без вмешательства человека по заранее составленной програм­ме, задумался гениальный английский ученый Чарльз Бэббедж. Более полутора столетий назад он предложил и разработал для этой цели свою аналитическую машину, которая хотя и не была построена, но идеи по ее устройству получили впоследствии широкую известность. По мысли изобретателя, аналитическая машина должна была состоять из следующих частей:

• устройство, в котором производятся все операции по обработке всех ви­дов информации; по современной терминологии оно называется арифметико-логическим устройством (АЛУ);

• устройство, обеспечивающее организацию выполнения программы обра­ботки информации и согласованное взаимодействие всех узлов машины в ходе этого процесса — устройство управления (УУ); АЛУ и УУ в на­стоящее время удается выполнить в виде единой интегральной схемы, которая называется микропроцессором;

• устройство, предназначенное для хранения данных; данное устройство принято называть запоминающим (ЗУ) или часто для краткости просто памятью;

• разнообразные устройства, способные преобразовывать информацию в форму, доступную компьютеру (часто этот процесс называют кодирова­нием), — устройства ввода;

• и, наконец, устройства, преобразующие результаты обработки в доступ­ную человеку форму — устройства вывода.

Классические принципы построения ЭВМ были систематически изложены группой авторов, среди которых был Джон фон Нейман. Архитектура с последовательным выполнением команд получила назва­ние «фон-неймановской».

Кратко сформулируем классические принципы устройства ЭВМ.

1. Информация кодируется в двоичной форме и разде­ляется на единицы (элементы) информации – слова;

2. Слова информации размещаются в ячейках памяти машины и идентифицируются номерами ячеек, которые называются адресами;

3. Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов – команд, которые определяют наименование операции и слова информации, участвую­щие в операции. Алгоритм, представленный в терминах машинных команд, называется программой;

4. Программа хранится в памяти

5. Выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой. Первой выполняется команда, заданная пусковым адресом про­граммы. Обычно это адрес первой команды программы. Адрес следующей команды однозначно определяется в процессе выполнения текущей команды. Процесс вычислений продолжает­ся до тех пор, пока не будет выполнена команда, предписывающая прекращение вычислений.

ЭВМ работает следующим образом. Программа и ис­ходные данные, представленные на машинном носителе информации, например на магнитных дисках или лентах, реже на перфокартах или перфолентах, считываются соот­ветствующим устройством ввода и загружаются в память ЭВМ. Затем в центральный процессор с пульта управления (или клавиатуры дисплея) посылается пусковой адрес программы и команда на выполнение программы. Цент­ральный процессор начинает выполнять программу от ко­манды с заданным адресом, что сводится к последова­тельной выборке команд из памяти и их выполнению средствами процессора и устройств ввода-вывода. Этот процесс заканчивается в момент выборки команды оста­новки или окончания обработки информации.