Принцип программного управления.

Архитектура и характеристики ЭВМ.

Архитектурой ЭВМ наз-ют всю совокупность её свойств и характеристик. Важнейшей частью архитектуры является структура ЭВМ, определяющая перечень тех. средств и порядок их соединения.

Основные характеристики ЭВМ:

1. Разрядность ЭВМ. Разрядность арифметико-логического устройства (АЛУ) и ячеек оперативной памяти (ОП) выбирается на основании необходимых точностных характеристик и эффективных размещений в регистрах процессора и ячейках ОП числовой, текстовой информации и команд.

2. Адресность ЭВМ. По числу адресов ячеек ОП в команде различают 0, 1, 2х и 3х адресные ЭВМ, а так же ЭВМ с переменной адресностью.

3. Ёмкость и быстродействие ОП. Эти параметры в значительной степени определяют возможности ЭВМ по решению задач. Быстродействие ОП оценивается временем обращения (циклов).

4. Быстродействие и производительность ЭВМ. Быстродействие определяется количеством операций, выполняемых за 1 секундой при максимальной загрузке. Производительность оценивается средним числом операций, выполняемых ЭВМ в сек при решении реальных задач. Производительность всегда меньше быстродействия.

5. Система команд ЭВМ. Это набор операций, реализуемых оборудованием ЭВМ.

6. Надёжность ЭВМ. Под надёжностью подразумевают свойства, обеспечивать сохранение эксплутационных показателей в заданных пределах в течение заданного промежутка времени. Чаще всего надёжность характеризуется вероятностью исправной работы за время t.

7. Эксплутационно-экономические характеристики ЭВМ. К ним относятся: занимаемая площадь, диапазон изменения климатических факторов, потребляемая мощность, численность и квалификация обслуживающего персонала.

8. Комплект внешних устройств (ВУ) в зависимости от типа решаемых задач и других факторов, ЭВМ имеет в своём составе комплексов ВУ.

9. Транспортабельность. Это возможность работы во время движения и после перемещения (стационарные, на транспортной базе, бортовые).

Принцип программного управления.

В основе работы всех ЭВМ лежит принцип программного управления. Этотпринцип был впервые предложен английским математиком Ч. Беббиджем в 1833 г. Сущность предложенной им идеи заключается в том, что вычислительная машина могла бы автоматически выполнять арифметические операции, если ей каким-либо образом заранее будет задано какие операции она должна выполнять, над какими данными, и в какой последовательности. Недостаток созданной вычислительной машины с управлением от перфоленты был устранён американским математиком Джоном Фон Неймоном, который в 1945 г. в развитии принципа программного управления сформулировал принцип хранимой в памяти программы. Согласно этому предложению, программа, закодированная в цифровом виде, хранится в памяти ЭВМ наравне с числами. В командах указываются не сами участвующие в операциях числа, а адреса ячеек ОП, в которых они находятся, а так же адреса ячеек, куда помещаются результаты операции. Поскольку программа хранится в памяти, одни и те же программы, при необходимости, могут нужное число раз извлекаться из памяти. Всё это позволяет достигнуть быстродействия ЭВМ.

Программы -> Команды -> Операции -> Микрооперации.

4. Назначение, функции, структура, общий принцип функционирования АЛУ ЭВМ.

АЛУ служит для выполнения арифметических и логических преобразований над словами, называемыми операндами.

Классификация АЛУ:

1. По последовательности обработки разрядов чисел в арифметических операциях (Последовательные АЛУ – один разряд за один машинный такт, параллельные АЛУ – одновременно все разряды за два-три машинных такта).

2. По структуре (С непосредственными связями – все узлы связаны между собой индивидуальными шинами, с магистральной структурой – все узлы связаны друг с другом через общую систему шин, называемую магистралью)

3. По типу применяемого сумматора (С комбинационным сумматором, с накапливающим сумматором – имеется внутренний регистр результата)

4. По способу представления обрабатываемых чисел (Для чисел с фиксированной точкой, для чисел с плавающей точкой, для десятичных чисел, комбинированные)

5. По характеру использования узлов (Блочные АЛУ, многофункциональные – в одном блоке или узле разные операции)

Упрощенная структурная схема АЛУ двухадресной ЭВМ.

РгА – предназначен для приема, хранения и выдачи первого операнда.

РгВ – нужен для приема, хранения и выдачи второго операнда.

Σ – комбинационного типа с числом разрядов, равным числу разрядов в машинном слове.

РгР – предназначен для приема, хранения и выдачи результата операции.

РгС – регистр сдвига осуществляет сдвиг информации при выполнении некоторых операций.

МУУ – местное устройство управления – предназначен для выработки управляющих сигналов во все блоки АЛУ.

Операция сложения – 2числа из РгА и РгВ семматор складывает в РгР.

Операция вычитания – 1-ый операнд из РгА складывается со 2-м РгВ операндом, снятым в инверсном коде (обратном и дополнительном), т.о. одно число вычитается из другого.

Чтобы второй операнд был в обратном коде, его нужно снимать с инверсных выходов триггеров регистра РгВ.

Операция умножения двух чисел заменяется операцией сложения. Множимое – в регистр РгА, множитель – в регистр РгС, РгВ обнуляется. Затем в цикле складываем содержимое РгА с РгВ. Результат пересылаем из РгР в РгВ, а из РгС вычитаем единицу. Когда РгС будет равно нулю, операция завершается.

5. Структурная схема канонической ЭВМ, общий принцип функционирования.

В её основе лежит принцип программного управления и принцип хранимой в памяти программы.

Принцип:

1. С пульта упр-я через ВУ в ОП вводится программа вычислений и исходные числа. Затем с помощью органов упр-я (пульт) оператор набирает в регистре адреса команды (УУ) адрес той ячейки памяти, где хранится 1я команда программы и запускает УУ в авторежиме.

2. УУ посылает ОП сигнал для чтения команды по заданному адресу, и принимает её в свой регистр. Далее в УУ происходит расшифровка команды и, в зависимости от указаний имеющихся в ней, вырабатываются управляющие сигналы ОП, для чтения чисел по определённым адресам и передачи их в их в АУ для выполнения операций и для передачи чисел из АУ в ОП. Одновременно с этим в регистре адреса команды образуется адрес следующей команды путём добавления к адресу исполняемой команды единицы или другим путём.

3. После выполнения первой команды УУ передаёт ОП адрес очередной команды, и управляющий сигнал для её считывания принимает новую команду в свой регистр, расшифровывает, организует её исполнение, формирует адрес следующей команды и т.д. Таким образом производится автоматическое исполнение программы.

6. Классификация, принципы построения ЗУ ЭВМ.

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к ЗУ. С точки зрения разработчика аппаратуры и пользователя, основными требованиями являются высокое быстродействие памяти и большая емкость. Эти требования состоят в диалектическом противоречии, ибо чем больше быстродействие, тем технически труднее достигается и дороже обходится увеличение емкости памяти. Емкость памяти – это максимальное количество данных, которые могут в ней храниться. Быстродействие определяется продолжительностью обращения, то есть временем, затрачиваемым на поиск места хранения информации и осуществление операций записи или считывания. В некоторых ЗУ считывание информации сопровождается ее стиранием. В этом случае цикл обращения со считыванием должен содержать операцию восстановления (регенерации) считанной информации. В ОЗУ данные будут храниться, пока идет напряжение – статические ЗУ.

Дата добавления: 2015-07-20