Архитектура и структура ЭВМ. Принципы построения компьютеров

Электронная вычислительная машина (ЭВМ, компьютер) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами<!--[51]-->.

При рассмотрении ЭВМ как средства обработки информации важную роль играет понятие архитектуры ЭВМ (рис. 3.1).

Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.

Архитектура ЭВМ описывает множество особенностей компьютера, среди которых важнейшими являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство эксплуатации, а одним из главных компонентов архитектуры являются аппаратные средства. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Архитектуру вычислительного средства следует отличать от его структуры. Структура компьютера – это описание совокупности его функциональных элементов и связей между ними.

Рис. 3.1. Основные компоненты архитектуры ЭВМ

Современные ЭВМ внешне не имеют ничего общего с первыми моделями, созданными в 30 – 40-х годах 20 века. Однако, основополагающие идеи, заложенные в них и связанные с понятием алгоритма, разработанным Аланом Тьюрингом, а также архитектурной реализацией, предложенной Джоном фон Нейманом, пока не претерпели коренных изменений (за исключением систем параллельной обработки информации).

К принципам построения компьютеров, сформулированные Дж. фон Нейманом в 1945 г., относятся следующие

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Это открывает целый ряд возможностей.

1. Программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).

2. Более того, команды одной программы могут быть получены в результате исполнения другой программы. На этом принципе основаны методытрансляции–перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

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

Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.