Більшість сучасних процесорів для персональних комп'ютерів в загальному засновані на тій чи іншій версії циклічного процесу послідовної обробки інформації, винайденого Джоном фон Нейманом.
Д. фон Нейман придумав схему побудови комп'ютера в 1946 році.
Архітектура фон Неймана - широко відомий принцип спільного зберігання програм і даних в пам'яті комп'ютера. Обчислювальні системи такого роду часто позначають терміном «Машина фон Неймана», проте, відповідність цих понять не завжди однозначно. У загальному випадку, коли говорять про архітектуру фон Неймана (нім. Von Neumann), мають на увазі фізичне відділення процесорного модуля від пристроїв зберігання програм і даних.
Наявність жорстко заданого набору виконуваних команд і програм було характерною рисою перших комп'ютерних систем. Сьогодні подібний дизайн застосовують з метою спрощення конструкції обчислювального пристрою. Так, настільні калькулятори, в принципі, є пристроями з фіксованим набором виконуваних програм. Їх можна використовувати для математичних розрахунків, але неможливо застосувати для обробки тексту і комп'ютерних ігор, для перегляду графічних зображень або відео. Зміна вбудованої програми для такого роду пристроїв вимагає практично повної їх переробки, і в більшості випадків неможливо. Втім, перепрограмування ранніх комп'ютерних систем все-таки виконувалося, проте вимагало величезного обсягу ручної роботи з підготовки нової документації, перекоммутации і перебудови блоків і пристроїв і т. П.
Все змінила ідея збереження комп'ютерних програм в загальній пам'яті. На час її появи використання архітектур, заснованих на наборах виконуваних інструкцій і уявлення обчислювального процесу, як процесу виконання інструкцій, записаних в програмі, надзвичайно збільшило гнучкість обчислювальних систем в плані обробки даних. Один і той же підхід до расмотренного даних і інструкцій зробив легкої завдання зміни самих програм.
Відмінною особливістю архітектури фон Неймана є те, що інструкції і дані зберігаються в одній і тій же пам'яті.
Етапи циклу виконання:
- Процесор виставляє число, яке зберігається в регістрі лічильника команд, на шину адреси, і віддає пам'яті команду читання;
- Виставлене число є для пам'яті адресою; пам'ять, отримавши адресу і команду читання, виставляє вміст, що зберігається за цією адресою, на шину даних, і повідомляє про готовність;
- Процесор отримує число з шини даних, інтерпретує його як команду (машинну інструкцію) зі своєї системи команд і виконує її;
- Якщо остання команда не є командою переходу, процесор збільшує на одиницю (в припущенні, що довжина кожної команди дорівнює одиниці) число, що зберігається в лічильнику команд; в результаті там утворюється адреса наступної команди;
- Знову виконується п. 1.
Даний цикл виконується незмінно, і саме він називається процесом (звідки і пішла назва пристрою).
Під час процесу процесор зчитує послідовність команд, що містяться в пам'яті, і виконує їх. Така послідовність команд називається програмою і представляє алгоритм корисної роботи процесора. Черговість зчитування команд змінюється в разі, якщо процесор зчитує команду переходу - тоді адреса наступної команди може виявитися іншим. Іншим прикладом зміни процесу може служити випадок отримання команди зупинки чи перемикання в режим обробки апаратного переривання.
Команди центрального процесора є самим нижнім рівнем управління комп'ютером, тому виконання кожної команди неминуче і безумовно. Не проводиться ніякої перевірки на допустимість виконуваних дій, зокрема, не перевіряється можлива втрата цінних даних. Щоб комп'ютер виконував лише допустимі дії, команди повинні бути відповідним чином організовані у вигляді необхідної програми.
Швидкість переходу від одного етапу циклу до іншого визначається тактовим генератором. Тактовий генератор виробляє імпульси, службовці ритмом для центрального процесора. Частота тактових імпульсів називається тактовою частотою.
Тактова частота? - величина, що характеризує кількість операцій, які виконуються процесором за одиницю часу. Під виконанням операції мають на увазі обробку одного логічного 0 або одиниці. Тактова частота процесора залежить не тільки від його власної частоти, а й від розміру / частоти кеш пам'яті, ширини шини та архітектури комп'ютера. Багато сучасні процесори поддаються "розгону", тобто збільшення частоти процесора програмними або фізичними засобами. Здатність виконання декількох машинних інструкцій за один такт процесора призвело до істотного збільшення продуктивності.
Переглядів: 20186
Повернутися в зміст: комплектуючі комп'ютера
Відео
онлайн сервіси
Корисне