ОСНОВНИЙ ЦИКЛ РОБОТИ ЕОМ
У даному розділі коротко розглянуто послідовність дій при виконанні команди в ЕОМ. Можна стверджувати, що робочий цикл у загальному вигляді однаковий для всіх фон-неймановскую машин.
Важливою складовою частиною фон-неймановскої архітектури є лічильник адреси команд. Цей спеціальний внутрішній регістр процесора завжди вказує на клітинку пам'яті, в якій зберігається наступна команда програми. При включенні живлення або при натисканні на кнопку скидання в лічильник апаратно заноситься стартова адреса знаходиться в ПЗУ програми ініціалізації всіх пристроїв і початкового завантаження. Подальше функціонування комп'ютера визначається програмою. Таким чином, вся діяльність ЕОМ - це безперервне виконання тих чи інших програм, причому ці програми можуть у свою чергу завантажувати нові програми і т.д.
Кожна програма складається з окремих машинних команд. Кожна машинна команда ділиться на ряд елементарних уніфікованих складових частин, які прийнято називати тактами. Залежно від складності команди вона може бути реалізована за різне число тактів. Наприклад, пересилання інформації з одного внутрішнього регістра процесора в іншій виконується за кілька тактів, а для перемножування двох цілих чисел їх потрібно на порядок більше. Істотне подовження команди відбувається, якщо оброблювані дані ще не знаходяться всередині процесора і їх доводиться зчитувати з ОЗУ.
Структура ЕОМ
При виконанні кожної команди ЕОМ проробляє певні стандартні дії:
1) відповідно вмісту лічильника адреси команд, зчитується чергова команда програми (її код зазвичай заноситься на зберігання в спеціальний регістр УУ, який носить назву регістра команд);
2) лічильник команд автоматично змінюється так, щоб у ньому містився адреса наступної команди (у найпростішому випадку для цієї мети достатньо до поточного значення лічильника додати деяку константу, що визначається довжиною команди);
3) лічена в регістр команд операція розшифровується, витягуються необхідні дані і над ними виконуються необхідні дії.
Потім у всіх випадках, за винятком команди зупинки чи настання переривання, всі описані дії циклічно повторюються.
Після вибірки команди зупину ЕОМ припиняє обробку програми. Для виходу з цього стану потрібно або запит від зовнішніх пристроїв, або перезапуск машини.
Розглянутий основний алгоритм роботи ЕОМ дає можливість крок за кроком виконати зберігається в ОЗУ лінійну програму. Якщо ж потрібно змінити порядок обчислень для реалізації розвилки або циклу, достатньо в лічильник команд занести необхідну адресу (саме так відбувається умовний або безумовний перехід).
У комп'ютерах на базі мікропроцесорів INTEL 80286 і більш пізніх моделей для прискорення основного циклу виконання команди використовується метод конвеєризації (іноді застосовується термін «випереджальна вибірка»). Ідея полягає в тому, що кілька внутрішніх пристроїв процесора працюють паралельно: одне зчитує команду, інше дешифрує операцію, третє обчислює адреси використовуваних операндів і т.д. В результаті після закінчення команди найчастіше виявляється, що наступна вже вибрана з ОЗУ, дешифрована і підготовлена до виконання. Відзначимо, що в разі порушення природного порядку виконання команд в програмі (наприклад, при безумовному переході) випереджальна вибірка виявляється марною і конвеєр очищається. Наступна за переходом команда виконується довше, тому що, щоб конвеєр «заробив на повну потужність», необхідно його попередньо заповнити. Іншими словами, у конвеєрній машині час виконання програми може залежати не тільки від складових її команд, але і від їх взаємного розташування.