Обобщенная структура ЭВМ
Определение ЭВМ
Лекция 1
Основные характеристики и области применения ЭВМ различных классов
Определение. ЭВМ (электронно-вычислительная машина) - это комплекс технических и программных средств, предназначенные для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.
Под пользователем понимают человека, в интересах которого проводится обработка данных на ЭВМ.
Определение. Архитектура ЭВМ - это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, из которых строится ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение.
На рис. 1 приведена обобщенная структурная схема ЭВМ.
Рис. 1. Обобщенная структурная схема ЭВМ.
Принцип действия обычной ЭВМ можно считать копией обычного процесса вычислений, например, с помощью калькулятора.
Этапы вычислений:
1. Определение и задание порядка вычислений.
2. Задание исходных данных.
3. Выполнение вычислений (для получения промежуточных результатов).
4. Получение конечного результата.
В основе функционирования любой ЭВМ лежат два фундаментальных понятия в вычислительной технике:
1. Понятие алгоритма.
2. Принцип программного управления.
Определение. Алгоритм – некоторая однозначно определенная последовательность действий, состоящая из формально заданных операций над исходными данными, приводящая к решению за определенное число шагов.
Свойства алгоритмов:
1. Дискретность алгоритма (действия выполняются по шагам, а сама информация дискретна).
2. Детерминированность (сколько бы раз один и тот же алгоритм не реализовывался для одних и тех же данных – результат один и тот же).
3. Массовость (алгоритм «решает задачу» для различных исходных данных из допустимого множества и дает всегда правильный результат).
Программа. Описание алгоритма на каком-либо языке.
Принцип программного управления был впервые сформулирован венгерским математиком и физиком Джоном фон Нейманом в 1946 году.
Принцип программного управления включает в себя несколько архитектурно-функциональных принципов:
1. Любой алгоритм представляется в виде некоторой последовательности управляющих слов – команд. Каждая отдельная команда определяет простой (единичный) шаг преобразования информации.
2. Принцип условного перехода. В процессе вычислений в зависимости от полученных промежуточных результатов возможен автоматический переход на тот или иной участок программы.
3. Принцип хранимой команды. Команды в ЭВМ представляются в такой же кодируемой форме, как и любые данные и хранятся в таком же оперативном запоминающем устройстве. Это означает, что если рассматривать содержимое памяти, то без какой-либо команды невозможно различить данные и команды. Следовательно, любые команды можно принципиально обрабатывать как данные (информация в ЭВМ отличается не представлением, а способом ее использования).
4. Принцип двоичного кодирования.
5. Принцип иерархии запоминающих устройств.