Вопрос №1. Понятие об архитектуре ЭВМ. Машина Фон-Неймана. Принципы Фон-Неймана. Структуры и характеристики памяти
Архитектура фон Неймана
Принципы организации и архитектура вычислительных машин
В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают принцип хранения данных и инструкций в одной памяти. Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил фон Нейман в году, когда подключился к созданию первого в мире лампового компьютера ЭНИАК. В процессе работы над ЭНИАКом в Институте Мура в Пенсильванском Университете во время многочисленных дискуссий со своими коллегами Джоном Уильямом Мокли , Джоном Экертом , Германом Голдстайном и Артуром Бёрксом, возникла идея более совершенной машины под названием EDVAC. Исследовательская работа над EDVAC продолжалась параллельно с конструированием ЭНИАКа. Так как на первой странице документа стояло только имя фон Неймана [1] , у читавших документ сложилось ложное впечатление, что автором всех идей, изложенных в работе, является именно он. После завершения Второй Мировой войны и окончания работ над ЭНИАКом в феврале года команда инженеров и ученых распалась, Джон Мокли , Джон Экерт решили обратиться в бизнес и создавать компьютеры на коммерческой основе. С тех пор прошло более полувека, но выдвинутые в ней положения сохраняют свою актуальность и сегодня. В статье убедительно обосновывается использование двоичной системы для представления чисел, а ведь ранее все вычислительные машины хранили обрабатываемые числа в десятичном виде. Авторы продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. Помимо машин, работавших с двоичным кодом, существовали и существуют троичные машины. Троичные компьютеры имеют ряд преимуществ и недостатков перед двоичными. Среди преимуществ можно выделить быстродействие операции сложения выполняются примерно в полтора раза быстрее , наличие двоичной и троичной логики, симметричное представление целых чисел со знаком в двоичной логике либо будут иметь место два нуля положительный и отрицательный , либо будет иметь место число, которому нет пары с противоположным знаком. Первоначально программа задавалась путём установки перемычек на специальной коммутационной панели. Это было весьма трудоемким занятием: Однако программа может также храниться в виде набора нулей и единиц, причём в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений. Наличие заданного набора исполняемых команд и программ было характерной чертой первых компьютерных систем. Сегодня подобный дизайн применяют с целью упрощения конструкции вычислительного устройства. Так, настольные калькуляторы , в принципе, являются устройствами с фиксированным набором выполняемых программ. Их можно использовать для математических расчётов, но почти невозможно применить для обработки текста и компьютерных игр , для просмотра графических изображений или видео. Изменение встроенной программы для такого рода устройств требует практически полной их переделки, и в большинстве случаев невозможно. Всё изменила идея хранения компьютерных программ в общей памяти. Ко времени её появления использование архитектур, основанных на наборах исполняемых инструкций , и представление вычислительного процесса как процесса выполнения инструкций, записанных в программе, чрезвычайно увеличило гибкость вычислительных систем в плане обработки данных. Один и тот же подход к рассмотрению данных и инструкций сделал лёгкой задачу изменения самих программ. По плану, первым компьютером, построенным по архитектуре фон Неймана, должен был стать EDVAC Electronic Discrete Variable Automatic Computer — одна из первых электронных вычислительных машин. В отличие от своего предшественника ЭНИАКа, это был компьютер на двоичной, а не десятичной основе. Как и ЭНИАК, EDVAC был разработан в Институте Мура Пенсильванского Университета для Лаборатории баллистических исследований англ. Армии США командой инженеров и учёных во главе с Джоном Преспером Экертом англ. Другие научно-исследовательские институты, ознакомившись с ЭНИАКом и проектом EDVAC, сумели решить эти проблемы гораздо раньше. Первыми компьютерами, в которых были реализованы основные особенности архитектуры фон Неймана, были:. В СССР первой полностью электронной вычислительной машиной, близкой к принципам фон Неймана, стала МЭСМ , построенная Лебедевым на базе киевского Института электротехники АН УССР , прошедшая государственные приемочные испытания в декабре года. Совместное использование шины для памяти программ и памяти данных приводит к узкому месту архитектуры фон Неймана, а именно ограничению пропускной способности между процессором и памятью по сравнению с объёмом памяти. Из-за того, что память программ и память данных не могут быть доступны в одно и то же время, пропускная способность канала "процессор-память" и скорость работы памяти существенно ограничивают скорость работы процессора — гораздо сильнее, чем если бы программы и данные хранились в разных местах. Так как скорость процессора и объём памяти увеличивались гораздо быстрее, чем пропускная способность между ними, узкое место стало большой проблемой, серьёзность которой возрастает с каждым новым поколением процессоров [ источник не указан дня ] ; данная проблема решается совершенствованием систем кэширования, а это порождает множество новых проблем [ каких? Ученые из США и Италии в заявили о создании прототипа мем-процессора английское memprocessor с отличной от фон-неймановской архитектурой и возможности его использования для решения NP -полных задач [9] [10] [11]. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 15 декабря ; проверки требуют 9 правок. First Draft of a Report on the EDVAC. University of Pennsylvania 30 июня Computer Architecture and Implementation. Preliminary Discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instrument. Учебное пособие для вузов. A review of the Turing Award Lecture. Проверено 11 июля Для улучшения этой статьи желательно: Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники , подтверждающие написанное. Гарвардская Фон Неймана Dataflow TTA. ASIP CISC EDGE EPIC MISC URISC RISC VLIW ZISC. Конвейер Внеочередное исполнение Переименование регистров Спекулятивное исполнение Предсказатель переходов Предвыборка кода. Бит Инструкций Суперскалярность Данных Задач. Многопоточность Superthreading Simultaneous multithreading Hyperthreading Аппаратная виртуализация. SISD SIMD MISD MIMD. DSP GPU SoC PPU Векторный процессор Математический сопроцессор Микропроцессор Микроконтроллер. Barrel shifter FPU BSB MMU TLB Регистровый файл Устройство управления АЛУ Демультиплексор Мультиплексор Микрокод Тактовая частота Корпус Регистры Кэш Кэш процессора. APM ACPI Clock gating Троттлинг Динамическое изменение напряжения. Технологии процессоров Компьютер Архитектура компьютеров Эталонные модели. Страницы, использующие волшебные ссылки ISBN Википедия: Нет источников с сентября Википедия: Статьи без источников тип: Статьи с утверждениями без источников более 14 дней Википедия: Статьи, требующие конкретизации Википедия: Статьи без ссылок на источники. Навигация Персональные инструменты Вы не представились системе Обсуждение Вклад Создать учётную запись Войти. Пространства имён Статья Обсуждение. Просмотры Читать Текущая версия Править Править вики-текст История. В других проектах Викисклад. Эта страница последний раз была отредактирована 24 марта в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Свяжитесь с нами Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Разработчики Соглашение о cookie Мобильная версия. Конвейер Конвейер Внеочередное исполнение Переименование регистров Спекулятивное исполнение Предсказатель переходов Предвыборка кода.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр, физически находящийся в процессоре, последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из основной памяти прекращается после достижения и выполнения команды СТОП. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти: Над командами можно выполнять такие же 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 так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм. Более того, команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции - перевода с алгоритмических языков высокого уровня на язык машины. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует, что существует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. Вычислительные машины, построенные на перечисленных выше принципах, называются фоннеймановскими. Классическая структура компьютера структура фон Неймана показана на рис. Структура компьютера фон Неймана. Устройство управления - функциональная часть ЭВМ, предназначенная для автоматического управления ходом вычислительного процесса, обеспечивающая взаимодействие всех частей машины в соответствии с программой решения задачи. Устройство управления обращается в память машины, выбирает очередную команду, расшифровывает ее и вырабатывает сигналы, указывающие другим устройствам, что им надлежит делать. Управление от программы решения задачи, которое хранится в памяти компьютера, обеспечивает полную автоматизацию процесса решения. Поэтому компьютеры - универсальные ЭВМ - называют программно-управляемыми автоматами. Оператор может вмешаться в ход решения задачи через пульт, соединенный с устройством управления. Комплекс устройств, охватывающий арифметико-логическое устройство, часть памяти назовем ее оперативным запоминающим устройством - ОЗУ и устройство управления, называется процессором. Процессор - самое важное устройство компьютера. Большинство процессоров современных компьютеров слишком сложны, чтобы их можно было достаточно легко и просто описать в этой книге. Поэтому основные особенности внутренней организации и функционирования мы будем последовательно изучать на его упрощенном варианте. Структурная схема процессора без соединений между основными узлами приведена на рис. Допустим, что число 6 10 загружено в аккумулятор оно в действительности будет загружаться в двоичной форме, то есть , и мы хотим прибавить к нему число 5 10 , которое находится в ОЗУ в ячейке с адресом 2. Данное из ОЗУ должно быть считано в специальный Регистр Данных РгД. Выполнение операции иллюстрируется рис. Взаимодействие блоков процессора команда СЛОЖЕНИЕ. Регистр адреса памяти в процессоре. Например, команда СЛОЖЕНИЕ начинается с кода операции - 2 , далее идет адрес операнда - 2 рис. Один из операндов всегда находится в аккумуляторе второе слагаемое. Результат всегда помещается в аккумулятор. Взаимодействие блоков процессора при выполнении команды СЛОЖЕНИЕ. Структура цепей выборки команды. Данное в адресной части команды - исполнительный адрес операнда. Непосредственная адресация - простая, быстрая и эффективная, но адресуемое пространство ограничено. В выше указанном примере 12 битов позволяют определить 2 12 - 10 ячеек памяти для адресации. Эту проблему можно преодолеть: Блоки процессора, связанные с индексной адресацией.
Глория джинс пенза каталог товаров для детей
Японские психологические тесты
Поздравить кума с днем рождения прикольные стихи
Как сушить чернику в домашних условиях
Сколько ехать до беларуси на поезде