Архітектура фон Неймана

Лекція 1.

Історія розвитку ЦВМ. Архітектура фон Неймана. Багаторівнева організація обчислювальних систем. Загальні відомості про процесори

Архітектура комп'ютера, в загальному випадку, є апаратно-програмним комплексом. Наший же завданням буде вивчення саме апаратного комплексу (hardware).

За останні десятки років покоління ЕОМ змінялися одне за іншим. І завжди переходи супроводжувалися цілим комплексом змін (найбільш важливі – зміни елементної бази), і, окрім цього, модифікацією архітектури в цілому.

Зараз відбувається перехід від 4го покоління до 5му, але по прогнозах багатьох фахівців майбутнє, швидше за все, за нейрокомп'ютерами.

Архітектура фон Неймана.

У 1946 році Фон Нейман висунув основні принципи логічного пристрою ЕОМ і запропонував її структуру, яка практично повністю відтворювалася протягом перших трьох поколінь ЕОМ.

Узагальнено, є чотири блоки:

Мал.1

Особливості фон-неймановской архітектури:

1. Один виконавчий пристрій.

Цей пристрій є універсальним, тобто воно здатне виконати будь-яку операцію.

2. Лінійна адресація (пам'ять - одна).

Структурно основна пам'ять складається з пронумерованих осередків; процесору в довільний момент часу доступний будь-який осередок. Це дозволяє звертатися до довільного осередку (адресі) без проглядання попередніх.

Таким чином, є одне ЗУ з лінійною адресацією.

3. Єдине управління.

Це забезпечує автоматизацію процесів обчислень на ЕОМ. Згідно принципу програмного управління програма складається з набору команд, які виконуються процесором автоматично один за одним в певній послідовності.

Як це виконується? Введемо визначення.

Регістр – спеціалізований додатковий елемент пам'яті в процесорі. Регістр виконує функцію короткочасного зберігання числа або команди.

У регістрі команд, який є частиною УУ, кількість команд мінялася від покоління до покоління.

Регістр адреси (часто виконується у вигляді лічильника)– регістр ЗУ, вміст якого відповідає адресі виконуваної команди, він служить для автоматичної вибірки чергової команди з послідовних елементів пам'яті. Тобто, з його допомогою здійснюється вибірка програми з пам'яті. Цей регістр послідовно збільшує адресу чергової команди, що зберігається в нім, на одиницю.

Якщо ж потрібно після виконання команди перейти не до наступної, а до якої – те інший, використовуються команди умовного або безумовного переходів. Таким чином, процесор виконує програму автоматично, без втручання людини, тобто для кожної команди існує автомат, який синхронізує і управляє виконавчим пристроєм в АУ і ЗУ.

4. Низький рівень машинної мови.

Команди, складові список (набір, систему) команд в більшості своїй примітивні. Складні команди вимагають складного устаткування для виконання.

5. Відсутність відмінності між командами і даними:

Програми і дані зберігаються в одній і тій же пам'яті. Тому комп'ютер не розрізняє, що зберігатися в даному елементі пам'яті – число, текст або команда. Над командами можна виконувати такі ж дії, як і над даними.

Недоліки:

1. Великий об'єм програмного продукту (із-за низького рівня машинної мови).

2. Відносна невисока швидкодія. Підвищення швидкодії досягається за рахунок підвищення частоти, що, у свою чергу, приведе до високої вартості. Також шляхом рішення може послужити використання новітніх технологій, які теж є дорогими і розпаралелювання, що вже відведе від нейманівської архітектури.

На сьогоднішній день існують дві точки зору на те, до якого типу відносити сучасні комп'ютери.

Суть в тому, що нейманівська архітектура має на увазі повну відповідність Ріс.1, тобто без яких-небудь відхилень. Проте багато фахівців називають нейманівськими і сучасні комп'ютери (що володіють механізмом розпаралелювання і прогнози галужень, що містять не єдине ЗУ). До цього типу їх відносять із-за наявності принципу програмного управління.

Друга точка зору полягає в тому, що що пригнічують більшість сучасних комп'ютерів, у тому числі і IBM PS – сумісні – це комп'ютери вже змішаного типу.

Але можна відзначити також комп'ютерні системи, які в принципі не можна назвати нейманівськими через відсутність у них принципу програмного управління. Це, наприклад, системи для паралельних обчислень, імовірнісні системи, нейрокомп'ютери.

Поиск по сайту: