Принципы работы вычислительных машин. Принципы фон-неймановской концепции вычислительной машины

В основу функционирования ЭВМ положен принцип программного управления. Один из способов реализации принципа программного управления был предложен американским математиком Джоном фон Нейманом. Неймановский принцип программного управления используется в качестве основного принципа построения ЭВМ. Принципы фон-Неймановской концепции вычислительной машины:

• принцип двоичного кодирования,
• принцип программного управления,
• принцип однородности памяти,
• принцип адресности.

Принцип двоичного кодирования. Вся информация (команды и данные) кодируется двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. В числовой информации обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов. В формате команды можно выделить два поля: поле кода операции и поле адресов (адресную часть).

Код операции представляет собой указание, какая операция должна быть выполнена, и задается с помощью n-разрядной двоичной комбинации. Вид адресной части и число составляющих ее адресов зависят от типа команды:

- в командах преобразования данных адресная часть содержит адреса объектов обработки (операндов) и результата,

- в командах изменения порядка вычислений – адрес следующей команды программы,

- в командах ввода-вывода – номер устройства ввода-вывода.

Адресная часть также представляется двоичной последовательностью.

Принцип программного управления. Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов – команд. Каждая команда определяет некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.

Принцип однородности памяти. Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных.

Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек – адреса.