Принцип двоичного кодирования

Вся информация (данные и команды) кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определённый смысл, называется полем. Числовая информация разделяется на знаковую (имеется два поля: поле знака и поле значащих разрядов) и беззнаковую (имеется только одно поле – значащих разрядов). В формате команды выделяются поле кода операции и поле/поля адресов (рис. 1.4).

 

 

 

 

o Команда - это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Набор операций определяется при конструировании вычислительной машины.

Команда обязательно имеет строго фиксированную длину, кратную машинному слову, и стандартную структуру. Результат команды вырабатывается по точно определённым для данной команды правилам, заложенным в конструкцию компьютера. Вид адресной части, число её адресов зависят от типа команды. В адресной части команды может быть указан сам операнд, его адрес, адрес адреса (косвенная адресация), номер устройства ввода/вывода, адрес следующей команды и т.д. В зависимости от количества операндов различают одноадресные, двухадресные, трёхадресные команды, на рис.1.5 приведены форматы команд с разным количеством операндов.

Одноадресная команда.

КОП	Адрес операнда или результата
Что делать?	Откуда взять или куда положить?

а++; // увеличить значение переменной на 1

Двухадресная команда.

КОП	А1	А2
Что делать?	Откуда взять?	Куда положить?

с=a;

Трехадресная команда.

КОП	А1	A2	А3
Что делать?	Откуда взять?	Куда положить?

с=с + а;

	Рис. 1.5. Форматы команд. Примеры команд с разным количеством адресов

 

o Число/символ, участвующий в операции, называется операндом.

Принцип программного управления

Все действия, предусмотренные алгоритмом решения задачи, представляются в виде программы, состоящей из последовательности простейших действий – команд. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются устройством управления ВМ автоматически в порядке их положения в программе. Последовательность выполнения команд в программе может быть изменена с помощью специальных команд либо на основании анализа результата предшествующих вычислений, либо безусловно.

Принцип однородности памяти

Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Любая информация, хранимая в памяти может быть интерпретирована либо как команда, либо как данное. Это позволяет:

· иметь единую память для хранения программ и данных;

· производить над командами те же операции, что и над числами;

· получить команды одной программы как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции – перевода программы с языка высокого уровня на машинный язык конкретной ВМ.

Концепция вычислительной машины, представленная фон Нейманом, предполагала единую память для команд и данных. Этот подход был принят в ВМ, разрабатывавшихся в Принстонском университет, и получил название принстонской архитектуры. Данная архитектура была и остаётся преобладающей, хотя она порождает проблемы пропускной способности тракта «процессор - память». В Гарвардском университете предложили модель, в которой ВМ имела отдельную память для команд и отдельную память для данных. Этот вид архитектуры называют гарвардской архитектурой. В последнее время в связи с широким применением кэш - памяти разработчики ВМ стали чаще использовать гарвардскую архитектуру.

Принцип адресности

Процессору непосредственно доступна в произвольный момент времени любая ячейка основной памяти. Структурно основная память является линейным пространством, состоящим из пронумерованных ячеек. Основной единицей памяти является двоичный разряд, который называется битом. Исторически наименьшей адресуемой ячейкой памяти является байт(8 бит). Номер байта является его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, называемые словами. Длина слова компьютера зависит от его архитектуры, обычно равна двум, четырём или восьми байтам. Разбиение памяти на слова для 4-х байтовых компьютеров приведено на рис. 1.6.

Байт 0	Байт 1	Байт 2	Байт 3	Байт 4	Байт 5	Байт 6	Байт 7
Полуслово	Полуслово	Полуслово	Полуслово
Слово	Слово
Двойное слово

Рис. 1.6. Разбиение памяти на слова для 4-х байтовых ВМ