Arxitekturasi Kompyuter tuzilishi Fon Neymanning tamoyillari Dasturni boshqarish printsipi

Zamonaviy kompyuterlarda Garvard arxitekturasi
Reja:

1. 
   Garvard arxitekturasi
   
2. 
   Kompyuter tuzilishi 
   
3. 
   Fon Neymanning tamoyillari
   
4. 
   Dasturni boshqarish printsipi
   
5. 
   Shartli o'tish tamoyili. 
   

Dasturlar xotirasi CSEG (ingl. Code Segment) va ma’lumotlar xotirasi DSEG (ingl. Data Segment) o’zaro ajratilgan hamda har biri o’zining manzilli bo’shlig’i va kirish usullariga ega bo’lgan tarzda yaratilgan tuzilish Garvard arxitekturasi deb ataladi (shunday arxitekturani yaratish taklifini kiritgan Garvard Universiteti laboratoriyasining nomi berilgan). Ushbu arxitektura nisbatan murakkab bo’lib, qo’shimcha boshqaruv signallarini talab qiladi. Biroq, u axborot bilan ancha uddaburon harakatlar bajarish, ixcham kodlashtiriladigan mashina komandalari to’plamini joriy etish va qator hollarda mikroprotsessor ishini jadallashtirish imkonini beradi. Intel firmasining MCS-51 oilasiga mansub mikrokontrollerlar mulohaza yuritilayotgan arxitekturalarning bir vakili sanaladi.Bugungi kunda aralash arxitekturali protsessorlar ishlab chiqarilmoqda, ularda CSEG va DSEG yagona manzilli bo’shliqqa joylangan bo’ladi, ammo ular turli murojaat mexanizmlariga ega. Bunga aniq misol tariqasida Intel firmasining 80x86 oilasiga mansub protsessorlarni keltirish mumkin.

Garvard arxitekturasi Bu dasturning ma'lumotlari va ko'rsatmalari mustaqil ravishda hal qilinishi mumkin bo'lgan xotiraning alohida katakchalarida joylashgan kompyuterning konfiguratsiyasi. Ya'ni, bu ikkita alohida sohani o'z ichiga olgan kompyuter tizimi uchun ishlatiladigan atama: buyruqlar yoki ko'rsatmalar va ma'lumotlar uchun. Shu sababli, ushbu arxitekturaning asosiy vazifasi ma'lumotni jismoniy ajratilgan holda saqlash, ko'rsatmalar va ma'lumotlar uchun turli xil signal yo'llarini ta'minlashdir.

Garvard arxitekturasi

Ushbu arxitektura video va audio ishlov berish mahsulotlarida keng qo'llaniladi. Video va audio ishlash uchun har bir vosita yordamida siz Garvard me'morchiligining shaklini ko'rishingiz mumkin bo'ladi. Analog qurilmalar Blackfin protsessorlari bu asosiy foydalanishni topgan alohida qurilma. Boshqa elektron chiplarga asoslangan mahsulotlarda Garvard arxitekturasi ham keng qo'llaniladi. Biroq aksariyat kompyuterlar Von Neumann me'morchiligidan foydalanadilar va bir-birini takrorlashga erishish uchun CPU keshlaridan foydalanadilar.
Fon Neyman printsiplariga ko'ra, kompyuter quyidagilardan iborat:
· arifmetik mantiq birligi - ALU(ingliz ALU, arifmetik va mantiqiy birlik), arifmetik va mantiqiy amallarni bajarish; boshqaruv moslamasi -UU, dasturlarning bajarilishini tashkil qilish uchun mo'ljallangan;
· saqlash qurilmalari (xotira), shu jumladan tasodifiy kirish xotirasi (RAM - asosiy xotira) va tashqi xotira qurilmasi (VSD); haqida asosiy xotira ma'lumotlar va dasturlar saqlanadi; xotira moduli raqamlangan hujayralar to'plamidan iborat bo'lib, har bir katakka ikkilik raqam yozilishi mumkin, bu buyruq yoki ma'lumot sifatida talqin etiladi;
· da I/O qurilmalari ikkilamchi xotira, aloqa uskunalari va terminallarni o'z ichiga olgan turli xil periferik qurilmalardan iborat kompyuter va tashqi muhit o'rtasida ma'lumotlarni uzatish uchun xizmat qiladi.
Protsessor (ALU va CU), asosiy xotira va kiritish-chiqarish qurilmalari o'rtasidagi o'zaro ta'sirni ta'minlaydi tizim avtobusi .
Kompyuterning fon Neyman arxitekturasi klassik hisoblanadi, aksariyat kompyuterlar uning ustiga qurilgan. Umuman olganda, odamlar fon Neyman arxitekturasi haqida gapirganda, ular protsessor modulining dastur va ma'lumotlarni saqlash qurilmalaridan jismoniy ajratilishini anglatadi. saqlash g'oyasi kompyuter dasturlari umumiy xotirada kompyuterlarni aylantirish imkonini berdi universal qurilmalar keng doiradagi vazifalarni bajarishga qodir. Dasturlar va ma'lumotlar kiritish qurilmasidan arifmetik mantiq birligi orqali xotiraga kiritiladi. Barcha dastur buyruqlari qo'shni xotira kataklariga yoziladi va ishlov berish uchun ma'lumotlar ixtiyoriy hujayralarda bo'lishi mumkin. Har qanday dastur uchun oxirgi buyruq o'chirish buyrug'i bo'lishi kerak.
Hozirgi kunda kompyuterlarning katta qismi fon Neyman mashinalaridir. Istisno faqat ma'lum turdagi tizimlardir parallel hisoblash, unda dastur hisoblagichi mavjud emas, o'zgaruvchining klassik kontseptsiyasi amalga oshirilmaydi va klassik modeldan boshqa muhim fundamental farqlar mavjud (misollar oqim va qisqartirish kompyuterlari). Ko'rinishidan, fon Neyman arxitekturasidan sezilarli og'ish beshinchi avlod mashinalari g'oyasini ishlab chiqish natijasida yuzaga keladi, bunda ma'lumotlarni qayta ishlash hisob-kitoblarga emas, balki mantiqiy xulosalarga asoslanadi.
2.2 Buyruq, buyruq formatlari
Buyruq - bu kompyuter bajarishi kerak bo'lgan elementar amalning tavsifi.
Jamoa tuzilishi.
aniqlaydi: agar buyruqdagi manzil n ta ikkilik raqam yordamida ifodalangan bo'lsa. Buyruqni yozish uchun ajratilgan bitlar soni apparatga bog'liq. maxsus model kompyuter. Shu munosabat bilan umumiy holat uchun alohida buyruqning tuzilishi ko'rib chiqiladi.
Umuman olganda, buyruq quyidagi ma'lumotlarni o'z ichiga oladi:
Ø bajariladigan operatsiya kodi;
Ø operandlar yoki ularning manzillarini aniqlash bo'yicha ko'rsatmalar;
Ø natijani joylashtirish bo'yicha ko'rsatmalar.
Har qanday ma'lum bir mashina uchun ko'rsatmada uning har bir manzili va opcode uchun ajratiladigan bitlar soni, shuningdek, haqiqiy operatsiya kodlarining o'zi ko'rsatilishi kerak. Mashinani loyihalashda uning har bir manzili uchun ajratilgan buyruqdagi ikkilik raqamlar soni mashinaning alohida manzillarga ega xotira katakchalari sonining yuqori chegarasini, keyin tezkor kirish xotirasi 2n dan ortiq hujayrani o'z ichiga olmaydi.
Buyruqlar bajariladigan dasturning boshlang'ich manzilidan (kirish nuqtasidan) boshlab ketma-ket bajariladi, har bir keyingi buyruqning manzili, agar u o'tish buyrug'i bo'lmasa, oldingi buyruqning manzilidan bittaga ko'p bo'ladi.
Zamonaviy mashinalarda buyruq uzunligi o'zgaruvchan (odatda ikki-to'rt bayt) va o'zgaruvchan manzillarni ko'rsatish usullari juda xilma-xildir.
Buyruqning manzil qismini belgilash mumkin, masalan:
Operand;
operand manzili;
Operand manzilining manzili (operand manzili joylashgan bayt raqami) va boshqalar.
Strukturani ko'rib chiqing variantlari bir necha turdagi buyruqlar.
Triad buyruqlari.
Ikkilamchi buyruqlar.
Unicast buyruqlar.
manzilsiz buyruqlar.
Qo'shishning binar amalini ko'rib chiqaylik: c = a + b.
Xotiradagi har bir o'zgaruvchi uchun shartli manzillarni aniqlaymiz:
Qo‘shish amali uchun kod 53 bo‘lsin.
Bunday holda, uchta manzilli buyruqning tuzilishi quyidagicha ko'rinadi:
· Uch manzilli buyruqlar.
Buyruqni bajarish jarayoni quyidagi bosqichlarga bo'linadi:
Dastur hisoblagichida manzili saqlanadigan xotira yacheykasidan keyingi instruksiya tanlanadi; hisoblagichning mazmuni o'zgartirildi va endi navbatdagi buyruqning manzilini o'z ichiga oladi;
Tanlangan buyruq boshqaruv qurilmasiga buyruqlar registriga o'tkaziladi;
Boshqarish moslamasi buyruqning manzil maydonini dekodlaydi;
CU signallariga ko'ra, operandlarning qiymatlari xotiradan o'qiladi va operandlarning maxsus registrlarida ALUga yoziladi;
CU operatsiya kodini hal qiladi va ma'lumotlar bo'yicha tegishli operatsiyani bajarish uchun ALUga signal beradi;
Bu holatda operatsiya natijasi xotiraga yuboriladi (bir va ikki manzilli kompyuterlarda u protsessorda qoladi);
Oldingi barcha harakatlar STOP buyrug'iga erishilgunga qadar amalga oshiriladi.
2.3 Kompyuter avtomat sifatida
"Dastur boshqaruviga ega elektron raqamli mashinalar hozirda diskret yoki raqamli avtomatlar deb ataladigan diskret ma'lumotni o'zgartiruvchilarning eng keng tarqalgan turlaridan biriga misoldir" (Glushkov V.M. Raqamli avtomatlarning sintezi)
Har qanday hisoblash mashinasi avtomatik ravishda ishlaydi (u katta yoki kichik kompyuter, shaxsiy kompyuter yoki superkompyuter bo'ladimi). Shu ma'noda, kompyuterni avtomat sifatida rasmda ko'rsatilgan blok-sxema