Архитектура и принципы работы компьютера

Согласно фон Нейману, универсальная ЭВМ должна строиться на следующих принципах:

1. В основе работы ЭВМ лежит программный принцип, согласно которому все вычисления выполняются путем последовательного выполнения команд программы ЭВМ.

2. Принцип хранимой программы означает, что программы и данные во время выполнения программы хранятся в одном адресном пространстве в оперативной памяти и различаются не по способу кодирования, а по способу использования.

3. Использование двоичного кодирования при хранении и обработке данных в ЭВМ. Отдельные разряды двоичного числа объединяются в более крупные единицы, называемые словами.

4. Слова данных размещаются в ячейках памяти. Каждая ячейка памяти имеет адрес, по которому происходят запись или считывание слов данных и программ.

К настоящему время принципы фон Неймана дополнены рядом других принципов:

- открытая архитектура, означающая, что в основе разработки новых ЭВМ лежат общедоступные стандарты, которые унифицируют взаимодействие различных типов оборудования и отдельных технических узлов ЭВМ. Использование при разработке оборудования открытых стандартов позволяет разным производителям разрабатывать для ЭВМ новые аппаратные средства, заменяющие или дополняющие существующее оборудование;

- модульность построения технической архитектуры состоит в том, что вся ЭВМ состоит из отдельных функционально и конструктивно законченных модулей. Соблюдение этого принципа упрощает процедуру замены устаревших или неработоспособных узлов ЭВМ на современные или рабочие;

- стандартизация технических устройств ЭВМ означает, что все устройства ЭВМ согласованы по своим электрическим, электромагнитным параметрам, протоколам работы, габаритам и т.д.;

- принцип микропрограммирования, заключающийся в том, что машинный язык не является конечной субстанцией, приводящей в действие процессы в ЭВМ. Процессор имеет в своем составе блок микропрограммного управления. Этот блок для каждой команды на машинном языке генерирует последовательность действий-сигналов для физического выполнения требуемой машинной команды.

Фон – Нейман представлял ЭВМ в виде наличия следующих устройств и выполняемых ими функций:

- машина должна состоять из основных органов: орган арифметики, памяти, управления и связи с оператором, чтобы машина не зависела от оператора;

- она должна запоминать не только цифровую информацию, но и команды, управляющие программой, которая должна проводить операции над числами;

- ЭВМ должна различать числовой код команды от числового кода числа;

- у машины должен быть управляющий орган для выполнения команд, хранящихся в памяти;

- в ней также должен быть арифметический орган для выполнения арифметических действий;

- и, наконец, в её состав должен входить орган ввода-вывода