Принципы программирования, управления, адресности, однородности памяти

Федеральное агентство  по образованию

ГОУ ВПО Уральский  государственный технический университет  – УПИ

Имени первого  Президента России Б.Н.Ельцина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Домашнее задание  по информатике №1

На тему: «Принципы программирования, управления, адресности, однородности памяти»

 

 

 

 

 

 

Студент                                                                                          Кирилова А.К.

Группы ГО190313к –  ПР

 

Преподаватель                                                                             Гончарова Е.В.

 

 

 

Первоуральск

2009

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

 

     Целью данного  реферата является рассмотрение  принципов работы ЭВМ, а именно  принципов программирования, управления, адресности и однородности памяти.

     Актуальность  данной тематики обусловлена тем, что каждый человек в процессе своей деятельности имеет дело с компьютером. Поэтому принципы его работы полезно знать любому человеку, который постоянно сталкивается работой ЭВМ.

Биография Джона фон Неймана

 

     Джон фон Нейман (1903–1957), американский математик. Родился 3 декабря 1903 года в Будапеште. В 1926 году окончил Будапештский университет, получил степень доктора философии. Продолжил математические исследования в Гёттингене, Берлине и Гамбурге. В 1931–1933 годы работал в Принстонском университете - вначале в качестве лектора, а затем профессора математической физики. В 1933 году перешел в Институт перспективных исследований в Принстоне; оставался профессором этого института до конца жизни. Во время Второй мировой войны Нейман принимал участие в различных оборонных проектах, в том числе, в создании атомной бомбы.

     Нейман  внес значительный вклад в  развитие многих областей математики. Первые его работы, написанные  под влиянием Д.Гильберта, посвящены  основаниям математики. Когда К.Гёдель показал неосуществимость предложенной Гильбертом программы, Нейман оставил исследования в этой области и занялся функциональным анализом и его применением к квантовой механике. Нейману принадлежит строгая математическая формулировка принципов квантовой механики, в частности ее вероятностная интерпретация; его труд «Математические основы квантовой механики» считается классическим. В 1932 году Нейман доказал эквивалентность волновой и матричной механики. Исследование оснований квантовой механики побудило его к более глубокому изучению теории операторов и созданию теории неограниченных операторов.

     Труды Неймана  оказали влияние на экономическую  науку. Ученый стал одним из  создателей теории игр – области  математики, которая занимается  изучением ситуаций, связанных с принятием оптимальных решений. Приложение теории игр к решению экономических задач оказалось не менее значимым, чем сама теория. Результаты этих исследований были опубликованы в работе «Теория игр и экономическое поведение», совместно с экономистом О.Моргенштерном, (1944г.). Третья область науки, на которую оказало влияние творчество Неймана, стала теория вычислительных машин и аксиоматическая теория автоматов. Настоящим памятником его достижениям являются сами компьютеры, принципы действия которых были разработаны именно Нейманом (совместно с Г.Голдстайном).

Умер Нейман в Вашингтоне 8 февраля 1957 года.

Принципы фон Неймана

 

  При создании первых вычислительных машин, в 1945 году американский математик и физик Джон фон Нейман сформулировал требования, которые должны выполняться, чтобы компьютер стал универсальным и удобным устройством для обработки информации. Эти требования назвали «принципами фон-Неймана».

     Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного перехода, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп». Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

     Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными

     Это открывает  целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

      Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

     Отсюда  следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

     Компьютеры, построенные на перечисленных  принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без счетчика команд, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам необязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не фон-неймановскими.

Принципы работы ЭВМ

 

     В основу  архитектуры современных персональных  компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

     Магистраль  включает в себя три многоразрядные  шины:

• шину данных
• шину адреса
• шину управления.

     Шины представляют  собой многопроводные линии.

     Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении. Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники.

     Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

     Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

N =2^I , где I — разрядность шины адреса.

      Разрядность  шины адреса постоянно увеличивалась  и в современных персональных компьютерах составляет 32 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:

N == 2³² = 4 294 967 296.

     Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т.д.

Заключение

 

       Таким образом, Информатика — это фундаментальная естественная наука, изучающая процессы передачи и обработки информации.

      А Джон фон Нейман внес огромный вклад в изучение информатики, а именно – в изучение работы компьютера.

    Сформулированные  им принципы используют и сейчас при работе с ЭВМ.

Библиографический список

 

1. Большая советская энциклопедия/под ред. А.М. Прохорова – М.:1977, 27 том
2. exsolver.narod.ru
3. school.ort.spb.ru