Информационная модель ЭВМ.

    Все разнообразие решаемых на ЭВМ задач реализуется с помощью небольшого набора очень простых команд. Система команд у типичной ЭВМ включает в себя всего 60 – 250 базовых команд. Все команды в основном служат для выполнения очень простых действий, таких, как прочитать, запомнить, сложить, сдвинуть, сравнить и т.д. 

    Команды передачи данных включают в себя подгруппу команд передачи кода внутри МП между регистрами, из регистров МП в память, из памяти в регистры, из одних ячеек памяти в другие и передачи данных между МП и портами ВУ.

    Отдельную подгруппу составляют команды работы со стеком. Они позволяют включать данные в стек для временного хранения и извлекать данные из стека при необходимости их использования.

    Команды обработки данных можно подразделить на арифметические, логические и команды сдвига.

    Команды этого типа могут иметь один или два операнда. Операнды могут хранится в регистрах, ЦП, памяти или самой команде. Результат данной группы операций формируется в регистре-приемнике или в специальном регистре-аккумуляторе.

    Интеллектуальность ЭВМ достигается за счет того, что ЭВМ способна выполнять программы, состоящие из большого числа таких простых действий с огромной скоростью.

    При описании системы команд ЭВМ обычно принято классифицировать их по функциональному назначению, длине, способу адресации и другим признакам. 

    Исходя из характеристики информационного процесса в целом, ЭВМ можно представить как совокупность узлов, соединенных каналами связи. Узлы выполняют функции хранения и преобразования (обработки) информации, а по каналам связи осуществляется передача информации от узла к узлу (рис. 1).

 

Рис. 1. Информационная модель ЭВМ.

 

    Реально существующие системы имеют ряд ограничений на связи между отдельными узлами и четкое функциональное назначение отдельных узлов. Некоторые узлы могут иметь специальную функцию ввода / вывода информации.

    Функции отдельного узла могут зависеть от его состояния (режима). Состояние узла описывается значениями его внутренних полей (регистров).

    Состояние может определяться процессом функционирования или задаваться извне. Режим может определяться значением регистра узла, и тогда установить режим означает присвоить регистру определенное значение.

    По каналам связи узлы могут обмениваться либо значащей информацией (сообщениями), либо управляющей информацией. Сообщение – это последовательность двоичных цифр, сохраняемая или обрабатываемая узлом. Управляющая информация определяет режимы узлов и каналов связи.

    

    Узлы хранения имеют:

    Преобразующие узлы имеют скорость преобразования.

    

    Каналы характеризуются:

    Из множества возможных вариантов можно выбрать не­сколько типовых схем, обеспечивающих простоту, возмож­ность расширения (конфигурирования), надежность и т.п. Рассмотрим некоторые частные случаи.

 

    Шинная организация ЭВМ (рис.2 а). В этой схеме все устройства симметрично подсоединяются к одном каналу (шине). Симметрия гарантирует свободное подключение новых устройств и, следовательно, теоретически неограниченное развитие. Некоторые узлы могут иметь специфические свойства (процессор, оперативная память и т.д.). Между этими узлами организуется обмен информацией (данными). Наличие только одного канала ограничивает поток информации (скорость обмена).

    Канальная организация ЭВМ (рис.2 б). В этой схеме операции обмена данными с внешними устройствами организуются через специализированный узел – канал ввода / вывода. Благодаря этому можно осуществлять обработку данных параллельно с процессом ввода / вывода.

    Организация с перекрестной коммутацией. Здесь все связи между узлами осуществляются при помощи т.н. коммутирующей матрицы. Она может связывать между собой любую пару узлов. Причем, таких пар может быть сколько угодно, т.к. связи независимы друг от друга. Это позволяет достичь высокой производительности комплекса. Здесь нет конфликтов из-за связей, есть конфликты только из-за ресурсов.

Архитектура с распределенными функциями. В соответствии с этой идеей, обработка информации распределяется по «периферийным» интеллектуальным устройствам. При этом предполагалось резко изменить сложность и интеллектуальность компонентов ЭВМ при переходе от 4-го к 5-му поколению компьютеров (японский проект). Эта идея осталась не реализованной до настоящего времени.

    Конвейерная организация ЭВМ. При такой организации достигается максимально возможное ускорение работы. Устройство, обрабатывающее информацию, разделяется на последовательно включенные операционные блоки, каждый из которых настроен на выполнение строго определенной части операции обработки. Когда i-й блок выполняет i-ю часть j-й операции, то (i–1)-й (предыдущий) блок одновременно выполняет (предыдущую) (i–1)-ю часть последующей (j+1)-й операции. В это же время (i+1)-й (последующий) блок выполняет (последующую) (i+1)-ю часть предыдущей (j–1)-й операции. В настоящее время используются несколько конвейеров, например, в организации работы процессоров современных персональных компьютеров.