ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ (по фон Нейману, 1945 г. ) • • • блочная структура вычислительной машины; двоичное кодирование данных; адресность памяти; иерархическая организация памяти; принцип хранимой программы; принцип программного управления
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА АЛУ УУ ОЗУ Цепи сигналов управления Цепи передачи Данных и адресов УВВ АЛУ - арифметико-логическое устройство. Преобразует информацию, выполняя сложение, вычитание и основные логические операции УУ - устройство управления. Руководит работой других устройств, направляя им адреса, микрокоманды и данные и получая данные от них. Получает команды программы и исходные данные из ОЗУ - оперативное запоминающее устройство. Хранит данные, адреса и команды, обладает высокой скоростью записи и чтения чисел. УВВ - устройства ввода-вывода. Получают информацию извне, выводят ее получателю, обеспечивают длительное хранение информации. 3
ДВОИЧНОЕ КОДИРОВАНИЕ ДАННЫХ • Любая информация, предназначенная для хранения и обработки в ВТ, представляется в двоичном коде, превращаясь в данные; • Любые методы и алгоритмы, используемые в ВТ для обработки информации, должны быть представлены в двоичном коде;
АДРЕСНОСТЬ ПАМЯТИ • ОЗУ состоит из отдельных битов. Для записи или считывания группа соседних битов объединяется в ячейку, состоящую из 8 бит, или байта, которая имеет свой адрес (номер). Нумерацию ячеек принято начинать с нуля. Запись и считывание происходит не битами, а байтами. • Если для хранения данных требуется несколько байт – в памяти объединяется и резервируется это количество байт, и в этом случае адресом такой структуры служит номер байта с наименьшим адресом. • Данные считываются из ячеек и записываются в них в произвольном порядке, поэтому организованную таким образом память принято называть памятью с произвольным доступом (англ. RAM = random access memory).
ИЕРАРХИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ Как правило, чем больший объем имеет память, тем медленнее она работает. Поэтому используют иерархическую систему из нескольких типов памяти.
ПРИНЦИП ХРАНИМОЙ ПРОГРАММЫ • В фон-неймановской архитектуре было предложено представлять команды в виде двоичного кода. • Код программы может сохраняться во внешней памяти (например, на дисках) и затем загружаться в оперативную память для повторных вычислений.
ПРИНЦИП ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ • Любая обработка данных происходит по программе. • Программа содержит команды, следующие одна за другой в определенном порядке. • Регистр АЛУ, называемый счетчик адреса команд, хранит адрес команды, которая будет выполняться следующей. • Используя значение из счетчика, процессор считывает из ОЗУ очередную команду программы, расшифровывает ее и выполняет: на время выполнения она сохраняется в специальном регистре команд. • значение счетчика адреса команд увеличивается так, чтобы он указывал на следующую команду • выбранная команда выполняется (при сложения двух чисел оба слагаемых считываются в АЛУ, складываются и результат сохраняется в регистре или ячейке памяти); • Затем процесс повторяется для следующей команды и т. д.
НЕКОТОРЫЕ ТОНКОСТИ • Адрес первой команды программы задается операционной системой или пользователем в пультовом режиме; • В современных ВС при включении в счетчик аппаратно заносится некоторое значение, указывающее на начало программы, хранящейся в ПЗУ. Эта программа тестирует устройства ВС и загружает в ОЗУ начальный загрузчик операционной системы; • Выполнение текущей команды может сопровождаться изменением счетчика команд не только на +1; • Команда может состоять из нескольких частей: Код операции Адрес 1 -ого операнда Адрес 2 -ого операнда Адрес результата
МАГИСТРАЛЬНО-МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП Шина (или магистраль) – это группа линий связи для обмена данными между несколькими устройствами компьютера Контроллер – это электронная схема для управления внешним устройством и для простейшей предварительной обработки данных.
ОБМЕН ДАННЫМИ С ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ • программно-управляемый ввод/вывод - все действия по вводу/выводу предусмотрены в теле программы; • обмен с устройствами по аппаратным или программным прерываниям; • прямой доступ к памяти (DMA = Direct Memory Access) для простых операций с данными.
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПК АЛУ УУ Прерывания ОЗУ МП Системная плата контроллеры УВВ 12
Пример структурной схемы ПК 4 -ого поколения 13
Домашнее задание • К. Ю. Поляков, А. П. Шестаков, Е. А. Еремин: стр. 137 -148 читать, отвечать на вопросы • Угринович: стр. 18 – 19 • Главы из уч. Рудаков, Федотов: BOOKALL 3. DOC стр. 3 -7
Скачать презентацию ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
Принципы работы ВТ.ppt