Головна Головна -> Підручники -> Підручник Вивчаємо FrontPage скачати онлайн-> 1. Основи фон-нейманівської архітектури

1. Основи фон-нейманівської архітектури



Принципи побудови і функціонування цифрового комп’ютера, сформульовані Дж. фон Нейманом у 1945-46 рр., надовго визначили магістральний шлях розвитку комп’ютерної техніки. Базові принципи зберігають актуальність і сьогодні. У 50-х – 60-х роках ХХ століття стало ясно, що класична фон-нейманівська архітектура має багато “вузьких місць”. Стали говорити про необхідність її модифікації, а також про необхідність відходу від неї. З’явився новий термін – ненейманівська машина, тобто машина, побудована за принципами, відмінними від фон-нейманівських.

Кардинальний відхід від фон-нейманівської архітектури пов’язується з появою багатопроцесорних машин, здатних здійснювати паралельні обчислення. Нові архітектури вимагали розробки спеціальних методик організації взаємодії між процесорами та керування ними. В основі ж однопроцесорних комп’ютерних систем, як і раніше, лежать принципи фон-Неймана, хоча і значно модифіковані.

Основні пристрої, які входять до складу комп’ютера

керуючий пристрій (КП) –

керує всіма процесами, що відбуваються в комп’ютері;

арифметико-логічний пристрій (АЛП) –

здійснює всі операції над даними;

оперативна пам’ять –

пам’ять в якій зберігаються результати проміжних обчислень і програма, яка виконується;

зовнішня пам’ять –

різноманітні носії інформації, які можуть існувати окремо від комп’ютера;

пристрій введення –

здійснює введення інформації в комп’ютер;

пристрій виведення –

виводить результати обчислення.

Пристрої введення-виведення, а також пристрої для попередньої підготовки інформації та її зберігання прийнято називати периферійними пристроями.Відомо, що цей базовий перелік зазнав певних змін. Так, у сучасних персональних комп’ютерах арифметико-логічний і керуючий пристрій об’єднані в один пристрій, який називається центральним процесором. Пристроїв введення і виведення може бути декілька, і т.п.

Типова схема фон-нейманівського комп’ютера

Робота універсальної фон-нейманівської ЕОМ у загальних рисах може бути описана таким чином:

·                      програми та дані, зокрема, ті, що зберігаються на зовнішніх носіях, вводяться за допомогою пристроїв введення; під час виконання програми її команди та дані знаходяться в оперативній пам’яті;

·                      обчислення здійснюються арифметико-логічним пристроєм;

·                      інформація, що знаходиться в оперативній пам’яті, при необхідності передається до процесора для обробки; проміжні результати обчислень знову передаються в оперативну пам’ять;результати роботи обчислювальної машини виводяться на зовнішні носії за допомогою пристроїв виведення;

·                      всі операції в ЕОМ здійснюються під керуванням керуючого пристрою.

Основні риси фон-нейманівської архітектури

Звичайно виділяють такі характерні риси фон-нейманівської архітектури:

·                      використовується двійкова система числення;

·                      централізоване керування всіма процесами, які відбуваються в комп’ютері;

·                      програма, яка визначає дії комп’ютера, являє собою послідовність елементарних команд. Елементарною командою називається команда, яка є зрозумілою для процесора, тобто яка, по-перше, записана машинною мовою, а по-друге, може бути безпосередньо сприйнята і виконана апаратними засобами, що входять до складу процесора. Після виконання однієї команди починає виконуватися наступна;

·                      команди зберігаються в оперативній пам’яті разом з даними; типова команда має формат “назва операції – один або декілька операндів”;

·                      лінійний принцип організації пам’яті, тобто оперативна пам’ять фон-нейманівського комп’ютера являє собою послідовність однотипних комірок;

·                      доступ до даних, які знаходяться в оперативній пам’яті, здійснюється за адресою; грубо кажучи, для того, щоб записати будь-яке дане до деякої комірки або зчитати дане з будь-якої комірки, програма повинна вказати номер цієї комірки;будь-яка програма має вільний доступ до будь-якої комірки пам’яті. Зокрема, програма може записати будь-які дані у будь-яку комірку, навіть якщо там уже записана важлива системна інформація. Програма може змінити не тільки дані, яка вона використовує, а й вміст ділянки, в якій записаний код операції. З одного боку, такий стан речей надає програмістові повний контроль над комп’ютером, а з іншого – може призвести до важкоконтрольованих помилок.

Класична фон-нейманівська архітектура надає програмістові надто багато свободи, а вимоги надійності і безпеки програмного забезпечення змушують ставити питання про обмеження цієї свободи шляхом введення різного роду контролюючих механізмів. Такий контроль може, зокрема, відбуватися при трансляції з мов високого рівня або здійснюватися операційною системою.








Популярні глави цього підручника:



Всі глави цього підручника:

Вивчаємо FrontPage