УВВ предназначено для ввода программ и данных в ОЗУ, то есть они сначала подготавливаются либо в виде перфокарт (ПФК), перфолент (ПФЛ), либо в виде магнитных лент, магнитных дисков и т.п., а затем вводятся в ОП машины. После этого программа запускается на обработку. В современных машинах диалогового режима данные в ОП могут заноситься и непосредственно с клавиатуры.

ПКУ предназначен для ручного пуска различного рода тестовых программ, контроля хода вычислительного процесса или функционирования устройств ЭВМ.

1.4.2 Структура ЭВМ на основе общей шины

При организации ЭВМ на основе общей шины (ОШ) взаимодействие между ее устройствами осуществляется через общую шину, к которой подключены все устройства, входящие в состав ЭВМ.

Рисунок 1.4.2- Структура ЭВМ на основе ОШ

Взаимодействие между всеми устройствами ЭВМ осуществляется в режиме разделения времени общей шины (т.е. поочередно). Такой способ не обеспечивает (принципиально) высокой пропускной способности, ввиду чего производительность ЭВМ ниже, чем при наличии локальных шин между различными устройствами ЭВМ. Однако простота реализации и возможность построения ОШ с высокой пропускной способностью обеспечили широкое использования такой структуры в персональных ЭВМ (ПК) и микропроцессорных системах (МПС).

1.5 Контрольные вопросы

По каким признакам классифицируются ЭВМ?

В чем различие структур ЭВМ на основе локальных шин и общей шины?

Каково назначение процессора в ЭВМ?

Назначение ОП и УВВ?

2 Архитектура классической ЭВМ

2.1 Принцип программного управления

Принцип программного управления впервые был реализован в ЭВМ “Марк-1”. Он заключается в том, что алгоритм вычислений (например, вычисление некоторого выражения) преобразуется в упорядоченную последовательность команд, преобразующих исходные данные (операнды) в результат. Таким образом действия, предписанные алгоритмами, закладываются в команды (например действия по сложению, вычитанию, умножению и делению чисел, логическим операциям над ними и т.д.). Последовательность команд называется программой. Программа управляет ходом вычислительного процесса.

Пусть, например, необходимо вычислить выражение: .

Возможная программа его вычисления содержит следующие команды:

1-я команда: умножить операнд a на b;

2-я команда: сохранить результат умножения (a*b) в ОП;

3-я команда: сложитьоперанды a и b ;

4-я команда: умножить результат (a+b) на c;

5-я команда: считать из ОП (a*b);

6-я команда: разделить результат (a*b) на результат (a+b)* c.

Если числа представлены в двоичной системе счисления, и команды также закодированы двоичным кодом, то для реализации программы можно ввести следующую систему команд:

где КОП-код операции, или закодированные в двоичной системе счисления операции (+,-, /, * и т.д.), выполняемые процессором.

Такой подход к реализации команд приводил к очень длинным программам, так как в перфоленточных устройствах, используемых в первых ЭВМ для ввода программ, отсутствовала возможность возврата к ранее выполненным участкам программ. Пусть, например, нам необходимо вычислить выражение:

Программа вычислений в предложенной системе команд будет следующей:

1-я команда: умножить a0 на b0;

2-я команда: умножить a1 на b1;

3-я команда: сложить результат 1-й команды с результатом 2-й команды;

4-я команда: умножить a2 наb2;

5-я команда: сложить результат 3-й команды с результатом 4-й команды:

6-я команда: умножить a3 наb3;

7-я команда: сложить результат 3-й команды с результатом 4-й команды и т.д.

При использовании предложенной системы команд программа будет состоять из n- команд умножения и n - команд сложения, всего - из 2n-команд. Большое количество команд обусловлено тем, что нет возможности оперативного возврата к некоторым участкам программы, которые могли бы выполняться многократно.

2.2 Принцип хранимой в памяти программы

Принцип хранимой в памяти программы был предложен фон Нейманом в 1945 году. Этот принцип стал основой современных машин. В соответствии с этим принципом команды хранятся в памяти, также как и данные. При этом под программу отводится одна отдельная область памяти, под данные - другая область. В командах указываются не операнды, а их адреса, то есть номера ячеек памяти ОЗУ, где они помещаются. Для вызова команд из ОП также надо указывать их адреса в ОП. При такой организации можно многократно вызывать из памяти одну и ту же команду или последовательность из нескольких команд (подпрограмму) и одни и те же данные. Кроме этого, над командами и над данными можно производить операции, так как они с точки зрения обработки становятся равноценными. Структура команды для ЭВМ, организованной в соответствии с принципом фон Неймана (фон Неймановская машина), будет следующей:

Такой тип команды оказался намного более универсальным и напряду с ранее приведенным он широко используется в современной вычислительной технике.

Программа вычисления выражения: при использовании команд последнего типа намного сокращается.

1-я команда:i=0;

2-я команда: умножение ai*bi=Xi;

3-я команда: сложение Yi+Xi=Yi;

4-я команда: i:=i+1;

5-я команда: i>n?. Если нет, то переход на 2-ю команду;

6-я команда: Конец.

2.3 Обобщенный формат команд

Команды в ЦВМ могут быть одноадресными, двухадресными и трехадресными (в машинах с так называемой естественной адресацией команд).

Одноадресная команда:

Двухадресная команда:

Трехадресная команда: