Принципы организации ЭВМ

Принципы построения МПС

Рассмотрим предварительно принципы организации и построения микро-ЭВМ. Напомним, что микро‑ЭВМ - это устройство обработки данных, содержащее один или несколько МП, БИС постоянной и оперативной памяти, БИС управления вводом и выводом информации и некоторые другие схемы. В такой конфигурации микро‑ЭВМ применяют как встраиваемые контролеры.

Микро‑ЭВМ служит для автоматического управления процессом решения задачи.

Данная задача решается за счёт соблюдения следующих принципов организации микро‑ЭВМ.

1. Принцип программного управления. Является основной особенностью микро-ЭВМ. Впервые этот принцип был сформулирован в XIX веке английским математиком Августой Адой Лавлейс.

Согласно этому принципу алгоритм решения задачи, записанный на машинном языке в виде программы, реализуется автоматически последовательно во времени на каждом интервале под воздействием одной команды. Другими словами, суть принципа программного управления заключается в том, что процесс решения задачи, то есть получения результата на основании обработки данных в соответствии с заданным алгоритмом, осуществляется за счет автоматического выполнения команд введенной в память программы.

Для принципа программного управления характерно наличие команд условной и безусловной передачи управления, что позволяет автоматически определять направление дальнейших вычислений при реализации разветвляющихся и циклических алгоритмов, решать сложные логические задачи.

2. Принцип хранимой в памяти программы. Согласно этому принципу:

1)команды, как и операнды, задаются цифровыми кодами фиксированной разрядности;

2) команды и операнды хранятся в общей памяти с линейно-адресной организацией и задаются своими адресами. Это позволяет заменять исходные данные, не изменяя при этом программу. Кроме того, необходимость изменения одной или нескольких команд не приводит к необходимости изменения всей программы.

Структура (модель) вычислительной машины, реализующей эти принципы, получила название фоннеймановской. Благодаря ее изящной простоте и большой гибкости при управлении вычислительным процессом с самых первых шагов электронной вычислительной техники и по сей день она доминирует при построении различных ЭВМ.

Однако в настоящее время разработчики ЭВМ, стремясь существенного повышения их производительности, в ряде случаев отходят от модели фон Неймана. Приведем пример. В фоннеймановской машине с общей памятью для данных и команд имеется всего одна шина (магистраль) для передачи из памяти в другие устройства команд и данных, что ведет к снижению скорости работы ЭВМ.

Возможно построение машины с отдельными памятями и шинами для хранения и передачи команд и данных, допускающей параллельное во времени извлечение их из памяти и передачу по шинам. Такая структура получила название гарвардской, так как впервые была реализована в 1944 г. в Гарвардском университете США в ранней релейной машине, предшествовавшей появлению электронных вычислительных машин. Гарвардская модель реализована, в частности, в некоторых микропроцессорах.