Внутреннее устройство фон Неймановской вычислительной машины

Внутреннее устройство тракта данных типичного фон-неймановского процессора показано на Рис.11 и включает: Тракт данных,который состоит из регистров (обычно от 1 до 32), АЛУ (арифметико-логического устройства)и нескольких соединяющих шин. Содержимое регистров поступает во входные регистры АЛУ, которые на Рис. 11 обозначены буквами А и В. В них находятся входные данные АЛУ, пока АЛУ производит вычисления. Тракт данных — важная составная часть всех компьютеров, и мы обсудим его очень подробно. АЛУ выполняет сложение, вычитание и другие простые операции над входными данными и помещает результат в выходной регистр. Этот выходной регистр может помещаться обратно в один из регистров. Он может быть сохранен в памяти, если это необходимо. На Рис. 11 показана операция сложения. Отметим, что входные и выходные регистры есть не у всех компьютеров. Большинство команд можно разделить на две группы: команды типа регистр-память и типа регистр-регистр. Команды первого типа вызывают слова из памяти, помещают их в регистры, где они используются в качестве входных данных АЛУ. («Слова» — это такие элементы данных, которые перемещаются между памятью и регистрами.) Словом может быть целое число.

Рис.11 фон Неймановская машина

Выполнение команд центральным процессором на основе машины фон Неймана

Центральный процессор выполняет каждую команду за несколько шагов:

1) вызывает следующую команду из памяти и переносит ее в регистр команд;

2) меняет положение счетчика команд, который теперь должен указывать на

следующую команду;

3) определяет тип вызванной команды;

4) если команда использует слово из памяти, определяет, где находится это слово;

5) переносит слово, если это необходимо, в регистр центрального процессора;

6) выполняет команду;

7) переходит к шагу 1, чтобы начать выполнение следующей команды.

Такая последовательность шагов (выборка—декодирование—исполнение)является основой работы всех компьютеров, построенных на основе машины фон Неймана.