4. Принцип двоичной системы

Обосновал преимущества двоичной системы для технической реализации на основе электрических физических принципов.

Рис. Схема классической архитектуры

Схема работы:

Последовательное считывание команд из памяти, их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки, из которой будет извлечена следующая команда, указывается счетчиком команд. *)

Функции памяти:

• прием информации от других устройств;

• запоминание информации;

• выдача информации по запросу в другие устройства.

Функции процессора:

• обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

• программное управление работой устройств.

АЛУ – выполняет команды.

УУ – выполняет функции управления устройствами.

Регистры – ряд специализированных дополнительных ячеек памяти в составе процессора. Выполняют кратковременное хранение числа или команды.

Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд). Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления.

Некоторые важные регистры:

Сумматор - регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой команды.

Счетчик команд - регистр управляющего устройства, содержимое которого соответствует адресу очередной команды, служит для автоматического выбора команд программы из ячеек памяти.

Регистр команд - регистр управляющего устройства для хранения кода команды на период времени ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.

*) Принципы функционирования вычислительных систем

В общих чертах работу компьютера можно описать так. Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи, управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой «скачок», или переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился нуль и т.д. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз (т.е. организовывать циклы), выполнять различные последовательности команд в зависимости от выполнения определенных условий и т.д., т.е. создавать сложные программы.

Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, т.е. без вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Поскольку внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.

В процессе развития ЭМВ обнаружились недостатки:

Противоречие: быстродействие внутри машины не соответствовало быстродействию внешних устройств и устройств ввода-вывода  простаивание процессора.

Тенденция развития: освобождение центрального процессора от функций обмена и передача этих функций вспомогательным устройствам – контроллерам.

Контроллер – специализированный процессор, управляющий работой определенного устройства.

Что привело к возникновению шинной (магистральной) архитектуры ЭВМ с использованием открытой архитектуры.

Шинная архитектура – это архитектура ЭВМ при наличии функциональных контроллеров отдельных устройств обмен данными в системе осуществляется с помощью общей шины.