Доклад "Классическая архитектура ЭВМ"

Классическая архитектура ЭВМ

Считается, что основные идеи построения современных ЭВМ в 1945 г. сфор­мулировал американский математик Дж. фон Нейман, определив их как принципы программного управления:

1.       Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы-слова.

2.     Разнотипные по смыслу слова различаются по способу использования, но не по способу кодирования.

3.     Слова информации размещаются в ячейках памяти и идентифицируются номерами ячеек — адресами слов.

4.      Алгоритм   представляется в форме последовательности  управляющих слов, называемых командами. Команда определяет наименование опера­-
ции и слова информации, участвующие в ней. Алгоритм, записанный в
виде последовательности команд, называется программой.

5. Выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последо­вательному выполнению команд в порядке, однозначно определенном программой.

Поэтому классическую архитектуру современных ЭВМ, представленную на рис. 1.1, часто называют "архитектурой фон Неймана".

Рис. 1.1

Программа вычислений (обработки информации) составляется в виде последовательности команд и загружается в память машины—запоминающее устройство (ЗУ). Там же хранятся исходные данные и промежуточные ре-зультаты обработки. Центральное устройство управления (ЦУУ) последова-тельно извлекает из памяти команды программы и организует их выполне- ние. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для реализа­ции операций преобразования информации. Программа и исходные данные вводятся в память машины через устройства ввода (УВв), а результаты об­работки предъявляются на устройства вывода (УВыв).

Характерной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что па­мять представляет собой единое адресное пространство, предназначенное для хранения как программ, так и данных.

Такой подход, с одной стороны, обеспечивает большую гибкость организа­ции вычислений — возможность перераспределения памяти между програм­мой и данными, возможность самомодификации программы в процессе ее выполнения. С другой стороны, без принятия специальных мер защиты сни­жается надежность выполнения программы, что особенно недопустимо в управляющих системах.

Действительно, поскольку и команды программы, и данные кодируются в ЭВМ двоичными числами, теоретически возможно как разрушение програм­мы (при обращении в область программы как к данным), так и попытка "вы­полнения" области данных как программы (при ошибочных переходах про­граммы в область данных).

Альтернативной фон-неймановской является т. н. гарвардская архитектура. ЭВМ, реализованные по этому принципу, имеют два непересекающихся ад­ресных пространства— для программы и для данных, причем программу нельзя разместить в свободной области памяти данных и наоборот. Гарвард­ская архитектура применяется главным образом в управляющих ЭВМ.