учебная логика. учебник СПО. Практикум по программному обеспечению содержит большое количество примеров и заданий

• Название: Практикум по программному обеспечению содержит большое количество примеров и заданий
• Анкор: учебная логика
• Дата: 12.09.2022
• Размер: 5.66 Mb.
• Имя файла: учебник СПО.docx
• Тип: Практикум; #672419
• страница: 3 из 50

1.1.1. Принципы Джона фон Неймана

В 1946 г. ученые из США Д. Нейман, Г. Голдстайн и А. Бернс сформулировали основные принципы построения универсальных ЭВМ. Принципиальное описание устройства и работы компьютера принято называть архитектурой ЭВМ. Эти принципы получили название «принципов Джона фон Неймана» или «архитектуры фон Неймана».

В основе архитектуры многих современных компьютеров лежат именно эти принципы.

Согласно фон Нейману, ЭВМ должна состоять из следующих основных блоков (рис. 1.1): устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ) (в современных компьютерах эти устройства объединены в один блок – процессор), запоминающих устройств (внутренней и внешней памяти), устройств ввода и вывода.



Рис. 1.1. Архитектура ЭВМ по Нейману.

Сплошными линиями показаны потоки информации, пунктирными – управляющие сигналы (команды)

Принципы построения универсальных ЭВМ (Джона фон Неймана):

• 
  принцип двоичного кодирования;
  
• 
  принцип программного управления; • принцип однородности памяти;
  
• 
  принцип адресности.
  

Рассмотрим перечисленные принципы более подробно.

1. 
   Принцип двоичного кодирования – вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных кодов.
   

Надо сказать, что в первых ЭВМ для представления информации не всегда использовался двоичный код. Например, в ENIAC был более привычный для человека десятичный код. Почему же был выбран именно двоичный способ кодирования? Ответ на вопрос довольно прост: два различных состояния, представляющих соответственно 0 или 1, технически реализовать значительно проще, чем все остальные случаи. Действительно, отсутствие напряжения можно закодировать как 0, наличие – 1; отсутствие намагниченности участка носителя информации – 0, намагниченность – 1 и т. д.

2. 
   Принцип программного управления заключается в том, чтоработой ЭВМ управляет программа, представляющая собой последовательность команд (инструкций), которые выполняет процессор. Машинная команда – это двоичный код, определяющий выполняемую операцию, адреса используемых операндов (обрабатываемых данных) и адрес ячейки запоминающего устройства, по которому должен быть записан результат выполненной операции.
   
3. 
   Принцип однородности памяти – программы и обрабатываемые данные хранятся вместе. ЭВМ не различает, что хранится в определенной ячейке памяти – команды или данные. Над командами можно выполнять такие же действия, что и над данными. Это позволяет получать команды одной программы в результате исполнения другой. Таким образом, ЭВМ может формировать для себя программу в соответствии с полученными результатами.
   
4. 
   Принцип адресности: структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
   

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Выполнение программы происходит следующим образом.

Программа считывается (загружается) в оперативную память компьютера. Процессор последовательно считывает команды из оперативной памяти. Выборка команды осуществляется счетчиком команд – регистром устройства управления. Так как в памяти команды расположены последовательно друг за другом, то адрес очередной команды счетчик команд получает путем увеличения хранимого в нем адреса очередной команды на длину команды.

Несмотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода, так как существуют команды условного или безусловного перехода, которые позволяют занести в счетчик команд адрес внеочередной команды, и тем самым перейти не к следующей команде, а к той, адрес которой указывается.

Считанная в процессор команда расшифровывается, извлекаются необходимые данные и над ними выполняются требуемые действия.

Последовательное выполнение команд процессором может быть нарушено при поступлении сигнала прерывания.

Прерывание может быть вызвано внешним устройством (внешние прерывания) и самим процессором (внутрипроцессорные прерывания). Прерывание может быть и фатальным (неисправимым), например деление на 0, переполнение разрядной сетки, ведущие к прекращению выполнения программы.

После получения прерывания (не фатального) процессор запоминает текущее состояние прерванной программы, вызывает и выполняет специальную программу – обработчик прерываний, затем возвращается к исходной программе.

На основе принципов Джона фон Неймана производились первые два поколения ЭВМ. В более поздних поколениях происходили некоторые изменения, хотя принципы Неймана актуальны и сегодня.