КЛАСИЧНА АРХІТЕКТУРА ЕОМ

 
 

 

      Основи вчення про архітектуру обчислювальних машин заклав видатний американський математик Джон фон Нейман. Він підключився до створення першої в світі лампової ЕОМ ENIAC у 1944 р., коли її конструкція була вже вибрана. У процесі роботи під час численних дискусій зі своїми колегами Г. Голдстайном і А. Беркс фон Нейман висловив ідею принципово нової ЕОМ. У 1946 р. вчені виклали свої принципи побудови обчислювальних машин в що стала класичною статті «Попередній розгляд логічної конструкції електронно-обчислювального пристрою». З тих пір минуло півстоліття, але висунуті в ній положення зберігають актуальність і сьогодні.

                                  

     Раніше всі обчислювальні машини зберігали оброблювані числа в десятковому вигляді. Автори переконливо продемонстрували переваги двійкової системи для технічної реалізації, зручність і простоту виконання у ній арифметичних і логічних операцій. Надалі ЕОМ стали обробляти і нечислові види інформації - текстову, графічну, звукову та інші, але двійкове кодування даних як і раніше становить інформаційну основу будь-якого сучасного комп'ютера.

      Ще однією воістину революційною ідеєю, значення якої важко переоцінити, є запропонований Нейманом принцип «що зберігається програми». Спочатку програма задавалася шляхом установки перемичок на спеціальній комутаційної панелі. Це було дуже трудомістким заняттям: наприклад, для зміни програми машини ENIAC було потрібно кілька днів (у той час як власне розрахунок не міг тривати більше декількох хвилин - виходили з ладу лампи). Нейман першим здогадався, що програма може також зберігатися у вигляді набору нулів та одиниць, причому в тій же самій пам'яті, що й оброблювані нею числа. Відсутність принципової різниці між програмою і даними дало можливість ЕОМ самій формувати для себе програму відповідно до результатів обчислень.

     Фон Нейман не тільки висунув основоположні принципи логічного пристрою ЕОМ, але й запропонував її структуру, яка відтворювалася протягом перших двох поколінь ЕОМ. Основними блоками по Нейману є пристрій керування (ДУ) і арифметико-логічний пристрій (АЛП) (зазвичай об'єднуються в центральний процесор), пам'ять, зовнішня пам'ять, пристрої введення і виведення. Схема устрою такий ЕОМ представлена ​​на малюнку 2.1. Суцільні лінії зі стрілками вказують напрямок потоків інформації, пунктирні-керуючих сигналів від процесора до решти версій сайту ЕОМ

                    

Рисунок 2.1 - Архітектура ЕОМ, побудованої на принципах Фон Неймана

     Пристрій керування та арифметико-логічний пристрій в сучасних комп'ютерах об'єднані в один блок - процесор, що є перетворювачем інформації, що надходить з пам'яті і зовнішніх пристроїв (сюди відносяться вибірка команд із пам'яті, кодування і декодування, виконання різних, в тому числі і арифметичних, операцій, узгодження роботи вузлів комп'ютера). Пам'ять (ЗУ) зберігає інформацію (дані) і програми. Запам'ятовуючі пристрої у сучасних комп'ютерів «багатоярусно» і включає оперативне запам'ятовуючий пристрій (ОЗП), що зберігає ту інформацію, з якою комп'ютер працює безпосередньо в даний час і зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ВЗУ) набагато більшої місткості, ніж ОЗУ, але з істотно більш повільним доступом. На ОЗУ і ВЗУ класифікація пристроїв пам'яті не закінчується - певні функції виконують і СОЗУ (сверхоператівное запам'ятовуючий пристрій), і ПЗУ (постійний запам'ятовуючий пристрій), та інші підвиди комп'ютерної пам'яті.

     У побудованій за описаною схемою ЕОМ відбувається послідовне зчитування команд з пам'яті і їх виконання. Номер (адреса) черговий комірки пам'яті, з якої буде вилучено наступна команда програми, вказується спеціальним пристроєм - лічильником команд в УУ. Його наявність також є одним з характерних ознак розглянутої архітектури.

 

  

      Розроблені фон Нейманом основи архітектури обчислювальних пристроїв виявилися настільки фундаментальними, що отримали в літературі назву «фон-неймановскої архітектури». Переважна більшість обчислювальних машин на сьогоднішній день - фон-неймановскую машини. Виняток становлять лише окремі різновиди систем для паралельних обчислень, в яких відсутній лічильник команд, не реалізована класична концепція змінної і є інші суттєві принципові відмінності від класичної моделі (прикладами можуть служити потокова і редукційна обчислювальні машини).

       Мабуть, значне відхилення від фон-неймановскої архітектури відбудеться в результаті розвитку ідеї машин п'ятого покоління, в основі обробки інформації в яких лежать не обчислення, а логічні висновки.

 

Головна               На початок               На наступну