Дипломированных специалистов «Информатика и вычислительная техника»

Архитектура ЭВМ
Однозначно определить понятие архитектуры ЭВМ довольно трудно, потому что
при желании в него можно включить все, что связано с компьютерами вообще и ка-
кой-то конкретной моделью компьютера в частности. Попытаемся все же его фор-
мализовать.
Архитектура ЭВМ — это абстрактное представление
которое отражает
ее структурную, схемотехническую и логическую организацию. Понятие архитек-
туры ЭВМ является комплексным, в него входят:
структурная схема ЭВМ;
средства и способы доступа к элементам структурной схемы ЭВМ;
организация и разрядность интерфейсов ЭВМ;
набор и доступность регистров;
организация и способы адресации памяти;
" способы представления и форматы данных ЭВМ;
набор машинных команд ЭВМ;
форматы машинных команд;
правила обработки нештатных ситуаций (прерываний).
Таким образом, описание архитектуры включает в себя практически всю необ-
ходимую для программиста информацию о компьютере. Понятие архитектуры
ЭВМ — иерархическое. Допустимо вести речь как об архитектуре компьютера в це-
так и об архитектуре отдельных
составляющих, например, архитектуре
процессора или архитектуре подсистемы ввода-вывода.
Все современные компьютеры обладают некоторыми общими и индивидуаль-
ными архитектурными свойствами. Индивидуальные свойства присущи только
конкретной модели компьютера и отличают ее от своих больших и малых собрать-
ев. Общие архитектурные свойства, наоборот, присущи некоторой, часто доволь-

---

28 Глава 2. Программно-аппаратная архитектура IA-32 процессоров Intel
но большой группе компьютеров. На сегодняшний день общие архитектурные
свойства большинства современных компьютеров подпадают под понятие фон-ней-
мановской архитектуры. Так названа архитектура по имени ученого фон Нейма-
на. Когда фон Нейман начал заниматься компьютерами, программирование по-
следних осуществлялось способом коммутирования. В первых ЭВМ для генерации
нужных сигналов необходимо было с помощью переключателей выполнить руч-
ное программирование всех логических схем. В первых машинах использовали де-
сятичную логику, при которой каждый разряд представлялся десятичной цифрой
и моделировался 10 электронными лампами. В зависимости от нужной цифры одна
лампа включалась, остальные девять оставались выключенными. Фон Нейман
предложил схему ЭВМ с программой в памяти и двоичной логикой вместо деся-
тичной. Логически машину фон Неймана составляли пять блоков (рис. 2.1): опе-
ративная память, арифметико-логическое устройство
с аккумулятором,
блок управления, устройства ввода и вывода. Особо следует выделить роль акку-
мулятора. Физически он представляет собой регистр АЛУ. Для процессоров Intel,
в которых большинство команд —
его роль не столь очевидна. Но
существовали и существуют процессорные среды с однооперандными машинны-
ми командами. В них наличие аккумулятора играет ключевую роль, так как боль-
шинство команд используют его содержимое в качестве либо второго, либо един-
ственного операнда команды.
Рис.
Схема машины фон Неймана
Ниже описаны свойства и принципы работы машины фон Неймана.
Линейное пространство памяти. Для оперативного хранения информации компь-
ютер имеет совокупность ячеек с последовательной нумерацией (адресами) О,
1,
Данная совокупность ячеек называется оперативной
Принцип хранимой программы. Согласно этому принципу, код программы и ее
данные находятся в одном и том же адресном пространстве оперативной
памяти.
Принцип микропрограммирования. Суть этого принципа заключается в том, что
машинный язык еще не является той конечной субстанцией, которая физически

---

Архитектура
29
приводит в действие процессы в машине. В состав процессора (см. главу
вхо-
дит устройство микропрограммного
поддерживающее набор дей-
ствий-сигналов, которые нужно сгенерировать для физического выполнения
каждой машинной команды.
 выполнение программ. Процессор выбирает из памяти коман-
ды строго последовательно. Для изменения прямолинейного хода выполнения
программы или осуществления ветвления необходимо использовать специаль-
ные команды. Они называются командами условного и безусловного переходов.
 Отсутствие разницы между данными и командами в памяти. С точки зрения
процессора, нет принципиальной разницы между данными и командами. Дан-
ные и машинные команды находятся в одном пространстве памяти в виде по-
следовательности нулей и единиц. Это свойство связано с предыдущим. Про-
цессор, поочередно обрабатывая некоторые ячейки памяти, всегда пытается
трактовать содержимое ячеек как коды машинных команд, а если это не так, то
происходит аварийное завершение программы. Поэтому важно всегда четко