Принцип программного управления. Принцип хранимой в памяти программы.

Память машины можно представлять себе как длинную страницу, состоящую из отдельных строк. Каждая такая строка называется ячейкой памяти, и в свою очередь, разделяется на разряды. Содержимым любого разряда может быть либо 0, либо 1. Значит, в любую ячейку памяти записывается некоторый набор нулей и единиц машинное слово. Все ячейки памяти занумерованы. Номер ячейки называют её адресом.

Наличие у каждой ячейки адреса позволяет отличать ячейки друг от друга, обращаться к любой ячейке, чтобы записать в неё новую информацию или извлечь ту информацию, которая в ней хранится.

Все ЭВМ работают в принципе одинаково. Когда бы вы ни заглянули в память ЭВМ, в её ячейках хранятся наборы нулей и единиц. ЭВМ выполняет без участия человека не только одну команду, но и длинную последовательность команд (программу). В этом и состоит один из основных принципов работы ЭВМ - принцип программного управления.

Каждая команда кодируется некоторой последовательностью из нулей и единиц и помещается, как и число, в одной ячейке оперативной памяти. Команда состоит из двух частей: кодовой и адресной. Кодовая часть команды указывает, какое действие должно быть выполнено, а адресная определяет расположение в памяти компьютера исходных данных и результата.

Общий вид команды машины может быть таким: К А1 А2 А3, где К - код действия, а А1, А2, А3 - адреса ячеек памяти (на каждый адрес отводится по три разряда). Для выполнения команд служит специальное арифметико-логическое устройство (АЛУ). Оно состоит из двух особых ячеек - счётчика команд и регистра команд, а также сумматора. При выполнении ЭВМ программы в счётчик команд последовательно заносятся номера ячеек, где содержатся исполняемые команды, сами команды помещаются в регистр команд, а в сумматоре происходят арифметические действия. Сумматор также имеет свою ячейку - для промежуточных результатов вычислений. Отметим, что команды современных ЭВМ могут занимать несколько ячеек памяти.

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:

КОП	Адрес операнда

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

Форматы команд.

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

Одноадресная команда:

КОП	А -Адрес операнда

 

Двухадресная команда:

КОП

А1-Адрес 1-го операнда

А2- Адрес 2-го операнда

 

Трехадресная команда:

КОП

А1-Адрес 1-го операнда

А2-Адрес 2-го операнда

А3-Адрес 3-го операнда

Команда состоит из операционной части- кода операции (КОП) и адресной части. В операционной части указывается тип выполняемой операции в виде двоичного числа. В адресной части указывается адрес ячейки памяти, в которой размещается операнд (одноадресная команда). Если в команде указывается адреса 1-го и 2-го операнда, то такая команда называется двухадресной. В трехадресной машине указывается еще и адрес результата, то есть ячейка ОП, куда помещается результат.

Какая из систем лучше? В современных машинах большого класса могут сочетаться все типы. Приведенные типы команд относятся к так называемым машинам с естественной адресацией, когда команды из программы выбираются последовательно одна за другой. Адресация производится с помощью счетчика команд СчК (PC- Program Count). Однако существовали машины и с принудительной адресацией, в которых очередная команда выбиралась по адресу, указанному в предыдущей команде (такой способ адресации сохранен в настоящее время только в так называемых микропрограммных устройствах управления).

Структура команд такой машины:

КОП

А1

А2

Ар

Аск

 

где А_р- адрес результата;

Аск -адрес следующей команды.

 

Способы адресации команд.

Различные способы адресации базируются на разных механизмах определения физического адреса операнда, то есть адреса фактического обращения к памяти при выполнении команды. Определение набора способов адресации, закладываемых в систему команд, является одним из важнейших вопросов разработки ЭВМ, существенно влияющим на ее архитектуру, вычислительные возможности, объем оборудования, быстродействие и другие характеристики.

К основным способам адресации относятся следующие: прямая, непосредственная, косвенная, относительная.

Прямая адресация. Физический адрес операнда совпадает с кодом в адресной части команды (рис. 11.4). Формальное обозначение:

Операнд_i = (А_i),

где А_i – код, содержащийся в i-м адресном поле команды.

Рис. 11.4. Прямая адресация

Выше при описании способов кодирования команд и расчете длины адресного поля предполагалось использование именно этого способа адресации.

Допускается использование прямой адресации при обращении как к основной, так и к регистровой памяти.

Непосредственная адресация. В команде содержится не адрес операнда, а непосредственно сам операнд (рис. 11.5):

Операнд_i= А_i.

Рис. 11.5. Непосредственная адресация

Непосредственная адресация позволяет повысить скорость выполнения операции, так как в этом случае вся команда, включая операнд, считывается из памяти одновременно и на время выполнения команды хранится в процессоре в специальном регистре команд (РК). Однако при использовании непосредственной адресации появляется зависимость кодов команд от данных, что требует изменения программы при каждом изменении непосредственного операнда.

Косвенная адресация (рис. 11.6). Адресная часть команды указывает адрес ячейки памяти (рис. 11.6,а) или номер регистра (рис. 11.6,б), в которых содержится адрес операнда:

Операнд_i = ((А_i)).

Рис. 11.6. Косвенная адресация

Применение косвенной адресации операнда из оперативной памяти при хранении его адреса в регистровой памяти существенно сокращает длину поля адреса, одновременно сохраняя возможность использовать для указания физического адреса полную разрядность регистра.

Недостаток этого способа – необходимо дополнительное время для чтения адреса операнда. Вместе с тем он существенно повышает гибкость программирования. Изменяя содержимое ячейки памяти или регистра, через которые осуществляется адресация, можно, не меняя команды в программе, обрабатывать операнды, хранящиеся по разным адресам.

Косвенная адресация не применяется по отношению к операндам, находящимся в регистровой памяти.

Предоставляемые косвенной адресацией возможности могут быть расширены, если в системе команд ЭВМ предусмотреть определенные арифметические и логические операции над ячейкой памяти или регистром, через которые выполняется адресация, например увеличение или уменьшение их значения на единицу. Так, адресация, при которой после каждого обращения по заданному адресу с использованием механизма косвенной адресация, значение адресной ячейки автоматически увеличивается на длину считываемого операнда, называют автоинкрементной. Адресация с автоматическим уменьшением значения адресной ячейки называется автодекрементной.

Относительная адресация. Этот способ используется тогда, когда память логически разбивается на блоки, называемые сегментами. В этом случае адрес ячейки памяти содержит две составляющих: адрес начала сегмента (базовый адрес) и смещение адреса операнда в сегменте. Адрес операнда определяется как сумма базового адреса и смещения относительно этой базы:

Операнд_i = (база_i + смещение_i)

Для задания базового адреса и смещения могут применяться ранее рассмотренные способы адресации. Как правило, базовый адрес находится в одном из регистров регистровой памяти, а смещение может быть задано в самой команде или регистре.

12=19(Основные характеристики материнской платы)Классификация ЭВМ. Основные характеристики ЭВМ

Электро́нно-вычисли́тельная маши́на — комплекс технических, аппаратных и программных средств, предназначенных для автоматической обработки информации, вычислений, автоматического управления.Классификация компьютеров

Существует достаточно много систем классификации компьютеров. Мы рассмотрим лишь некоторые из них.

Классификация по назначению

Классификация по назначению — один из наиболее ранних методов классифика­ции. Он связан с тем, как компьютер применяется. По этому принципу различают:

· большие ЭВМ (электронно-вычислительные машины),

· мини-ЭВМ,

· микро-ЭВМ,

· пер­сональные компьютеры, которые, в свою очередь, подразделяют на:

v массовые,

v дело­вые,

v портативные,

v развлекательные,

v  рабочие станции.

Большие ЭВМ- это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслужива­ния очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства. За рубежом компьютеры этого класса называют мэйнфреймами (mainframe). Штат обслуживания большой ЭВМ составляет до многих десятков человек. На базе таких ЭВМ создают вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов или групп.

Мини-ЭВМ

От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными разме­рами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие ком­пьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями, бан­ками и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной.

Микро-ЭВМ

Компьютеры данного класса доступны многим предприятиям. Организации, исполь­зующие микро-ЭВМ, обычно не создают вычислительные центры. Для обслужи­вания такого компьютера им достаточно небольшой вычислительной лаборатории в составе нескольких человек.

Несмотря на относительно невысокую производительность по сравнению с боль­шими ЭВМ, микро-ЭВМ находят применение и в крупных вычислительных цент­рах. Там им поручают вспомогательные операции, для которых нет смысла исполь­зовать дорогие суперкомпьютеры.

Персональные компьютеры (ПК)

Эта категория компьютеров получила особо бурное развитие в течение последних двадцати лет. Такой компьютер предназначен для обслу­живания одного рабочего места. Как правило, с персональным компьютером рабо­тает один человек Несмотря на свои небольшие размеры и относительно невы­сокую стоимость, современные персональные компьютеры обладают немалой производительностью.