ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ЭВМ

Тактовый генератор – устройство, вырабатывающее дискретные сигналы, определяющее время первой элементарной операции.

Счетчик команд – устройство, формулирующее номер используемой, а затем – последующей команды (адрес ячейки памяти, где она находится).

Дешифратор – устройство распознавания команд выполняющее определение кода операций каждой команды и адресов операндов, над которыми она должна быть выполнена.

Регистры – ячейки памяти АЛУ, используемые для хранения операндов в момент их обработки.

Количество регистров невелико (единицы, десятки).

УУ – устройство управления. Основными компонентами являются:

1. дешифратор;

2. счетчик команд;

3. тактовый генератор.

Адреса определяют номера ячеек памяти (ОП) в которых операнды хранятся.

Формирование нового адреса команды автоматически выполняется увеличением адреса выполняемой на величину сдвига (4, 8, 16, 32, 64 байта), т.е. количество байт, отводимых под стандартную ячейку хранения команд. Адрес первой команды программы загружается в счетчик соответствующей программой – операционной системой (ОС), либо вручную (у первых ЭВМ с пульта). Исходя из принципа работы счетчика команд можно сделать вывод, что команды одной программы обязаны располагаться в последовательно пронумерованных (расположенных) ячейках ОП.

В настоящее время быстродействие ЭВМ определяется сотнями МГц, т.е. тактовый генератор есть устройство создающее быстродействие (скорость работы ЭВМ). Современные скорости достаточно близко подходят к максимально возможным, т.к. значение скорости света (перемещения электронов) при частотах генератора сотни МГц определяют расстояние, проходящее сигналом в метрах (десятках сантиметров).

Принципы программного управления определяют следующую методику действия на ЭВМ:

1. до начала счета в ОП напрямую или с помощью ОС заносятся значения всех исходных операндов (в числовой форме) и программирование решения (обработки), т.е. последовательность команд, расположенных в последовательно нумерованных ячейках памяти.

2. по команде пользователя или ОС в устройство управления передается номер ячейки ОП, где хранится первая команда программы (ее адрес). УУ перемещает содержимое указанной ячейки (команду) в дешифратор. Дешифратор определяет хранимую командой информацию (операнды и операции), а затем организует пересылку операндов из ячеек ОП в регистры ОУ и формирует сигнал сумматору (АЛУ) на выполнение над ними требуемой операции.

3. АЛУ выполняет предписанную командой операцию, оставляет результат в сумматоре или в одном из регистров и сообщает об окончании выполнения УУ. После чего счетчик автоматически увеличивает свое значение на величину сдвига (4, 8, 16 и т.д.) в зависимости от длины ячейки слова, используемого для хранения команды. На этом один такт выполнения команды заканчивается, после чего цикл повторяется (осуществляется считывание команды ее расшифровка и выполнение).

4. работа с УВв и УВыв выполняется аналогично с ЗУ. Так, если в команде указана операция вывода на печать, то УУ после ее расшифровки предписывает конкретному устройству ввода или вывода, определенному по собственному логическому номеру (адресу) обработать сигнал о выполнении предписания.

Окончание выполнения программы производит последняя из команд, предписанием о прекращении дальнейшего наращивания содержимого счетчика, т.е. прекращением работы программы.

Каждая из рассмотренных операций проводится по тактам, т.е. дискретно. Например, считывание информации из ячейки, сдвиг на 1 разряд, сложение двух разрядов в регистрах сумматора, запись в ячейку и т.п.

Рассмотренная схема классической ЭВМ и организации вычислительного процесса в нем показывает достаточную простоту и прозрачность методики работы и функционирования ЭВМ при этом.