Общие принципы организации и работы ВС. Принципы фон Неймана.

Современный компьютер состоит из ряда функциональных узлов: процессор, память, контроллеры устройств и т.д. Каждый узел представляет собой сложное электронное устройство, в состав которого может входить миллионы логических элементов. Для лучшего понимания принципов работы каждого узла и компьютера в целом вводится понятие уровней представления компьютера.

Наиболее общий командный уровень описывает набор больших функциональных узлов (память, процессор, печать и т.д.) и связи между ними, принципы их взаимодействия, совокупность выполняемых команд, данные, передаваемых между узлами. Вообще говоря, набор блоков связи между ними, типы данных и совокупность операций, выполняемых на каждом уровне называется архитектурой уровня. Под архитектурой компьютера обычно понимается архитектура командного уровня. Общность архитектуры разных компьютеров означает их совместимость с точки зрения пользователей.

Микроархитектурный уровень – это уровень организации обработки информации внутри функционального узла. Сюда относятся регистры различного назначения, устройство обработки поступающих команд, устройство преобразования данных, устройство управление.

Цифровой логический уровень – уровень логических схем.

Основные идеи, описывающие архитектуру компьютера, во многом напоминающую современную впервые были опубликованы в 1946 году в статье «Предварительное рассмотрение логического конструирования электронного вычислительного устройства». Авторами статьи были Артур Бёркс, Герман Голдстайн и Джон фон Нейман. Некоторое время спустя были сформулированы принципы архитектуры, которые были названы по имени последнего автора (Джона Фон Неймана). Рассмотрим эти принципы.

1. Принцип программного управления.

ПИз него следуетредполагается, что:

- СВТ должны работать под управлением сменяемых программ;

- Программа состоит из команд, которые выполняются компьютером автоматически (друг за другом или в последовательности, заданной программой).
Команда — это описание операции (сложение, вычитание и т.п.), которую должен выполнить процессор. Как правило, у команды есть операционная и адресная части.
Опрационная часть (код операции) указывает, какая инструкция применяется – сложение, вычитание и т.д.. Адресная часть указывает содержит либо данные, которые следует обработать, либо инструкцииуказания о том, где взять данные, а также указание – и куда поместить результат. Например, у команды "сложить два числа" операндами являются слагаемые, а результатом — их сумма. А у команды "стоп" операндов нет, а результатом является прекращение работы программы. )
Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера;

- Выборка программы из памяти контролируется специальным регистром, называемым счетчиком команд (регистр – это устройство способное хранить и обрабатывать команды и данные).

2. Принцип двоичности.

Для представления и данных и команд используются различные форматы двоичного кода.

Принцип однородности памяти.

Компьютер состоит из следующих устройств: обрабатывающего данные, хранящего двоичные коды называется (память) и устройств ввода вывода.

Согласно принципу однородности программы и данные хранятся в одном и том устройстве называемом памятью. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно так же выполнять действия, как и над данными.

Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей.

Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции— перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

Принцип адресности.

Основная память (в дальнейшем оперативное запоминающее устройство ОЗУ) :

- состоит из перенумерованныхячеек;

- номер ячейки может использоваться как адрес для обращения к хранящимся в ячейке данным или командам программы;

- внутри ячейки может хранится произвольный двоичный код;

- управлению СВТ в любой момент времени доступна любая ячейка.

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