Классическая архитектура ЭВМ
Считается, что основные идеи построения современных ЭВМ в 1945 г. сформулировал американский математик Дж. фон Нейман, определив их как принципы программного управления: 1. Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы — слова. 2. Разнотипные по смыслу слова различаются по способу использования, но не по способу кодирования. 3. Слова информации размещаются в ячейках памяти и идентифицируются номерами ячеек — адресами слов. 4. Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов, называемых командами. - Команда определяет наименование операции и слова информации, участвующие в ней. Алгоритм, записанный в виде последовательности команд, называется программой. 5. Выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определенном программой. Поэтому классическую архитектуру современных ЭВМ, представленную на рис. 1.3, часто называют "архитектурой фон Неймана".
Рис. 13. Классическая архитектура ЭВМ Программа вычислений (обработки информации) составляется в виде последовательности команд и загружается в память машины — запоминающее устройство (ЗУ). Там же хранятся исходные данные и промежуточные результаты обработки. Центральное устройство управления (ЦУУ) последовательно извлекает из памяти команды программы и организует их выполнение. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для реализации операций преобразования информации. Программа и исходные данные вводятся в память машины через устройства ввода (УВв), а результаты обработки предъявляются на устройства вывода (УВыв). (Страница20) Характерной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что память представляет собой единое адресное пространство, предназначенное для хранения, как программ, так и данных. Такой подход, с одной стороны, обеспечивает большую гибкость организации вычислений — возможность перераспределения памяти между программой и данными, возможность самомодификации программы в процессе ее выполнения. С другой стороны, без принятия специальных мер защиты снижается надежность выполнения программы, что особенно недопустимо в управляющих системах. Действительно, поскольку и команды программы, и данные кодируются в ЭВМ двоичными числами, теоретически возможно как разрушение программы (при обращении в область программы, как к данным), так и попытка "выполнения" области данных как программы (при ошибочных переходах программы в область данных). Альтернативной фон-неймановской является т. н. гарвардская архитектура. ЭВМ, реализованные по этому принципу, имеют два непересекающихся адресных пространства — для программы и для данных, причем программу нельзя разместить в свободной области памяти данных и наоборот. Гарвардская архитектура применяется главным образом в управляющих ЭВМ.
|
