Новости » Без категории
Рейтинг:

Электронно-вычислительная машина,ЭВМ

Процессоры и интерпретаторы ЭВМ

Эквивалентность между аппаратными процессорами и интерпретаторами имеет важные последствия для организации ЭВМ. После выбора машинного языка новой ЭВМ ее разработчики могут реализовать этот язык либо путем конструирования соответствующего аппаратного процессора, либо путем написания интерпретатора. В последнем случае они должны также предусмотреть некоторую машину для работы этого интерпретатора.

Поскольку интерпретатор делит выполняемые команды на более мелкие операции, то необходимая для его работы машина, как правило, гораздо проще, а, следовательно, и значительно дешевле, чем соответствующий аппаратный процессор интерпретируемой ЭВМ. В силу экономических и ряда других причин у большинства современных ЭВМ программы традиционного машинного уровня выполняются интерпретатором, работающим на совершенно другой и относительно более простой машине уровня 1, который будем называть микропрограммным уровнем.

Совокупность всех команд, которыми располагает программист некоторого уровня, называется набором команд этого уровня. Количество команд в наборах команд изменяется в зависимости от типа машины и уровня. Например, для традиционного машинного уровня это число обычно находится в пределах от 20 до 300. Большой набор команд не обязательно лучше малого. В действительности более верным чаще оказывается противоположное утверждение. Большой набор команд обычно означает, что его команды недостаточно универсальны.

Важно понимать, что набор команд и организация микропрограммного уровня соответствуют в действительности набору команд и организации аппаратных средств, т. е. CPU. В противоположность этому набор команд и организация традиционного машинного уровня определяются микропрограммами, а не аппаратными средствами.

Не все процессоры являются центральными процессорами общего назначения. ЭВМ часто содержат один или более процессоров для выполнения особых функций, требующих ограниченных специально сконструированных наборов команд. Такие процессоры широко используются для осуществления ввода-вывода. В качестве примера рассмотрим графический дисплей, т. е. устройство с экраном, подобным телевизионному, на котором ЭВМ может изображать чертежи электрических схем, проекты зданий, карты, графики и другую графическую информацию.

Графический дисплей обычно содержит специализированный процессор и память. Графический процессор может обрабатывать команды высвечивания точек различной интенсивности и цвета, вычерчивания сплошных, пунктирных и штрихпунктирных линий, изображения символов и формирования таких геометрических фигур, как треугольники, прямоугольники и окружности. Отличие таких команд от обычно используемых в центральных процессорах общего назначения является очевидным.

Например, в соответствии с программой прогнозирования погоды ежечасно считываются температурные данные, получаемые от 1000 метеостанций, и затем вычисляется среднесуточная температура для каждой станции путем одной и той же обработки температурных данных за 24 ч. При этом первую величину данных от каждой станции необходимо загрузить в регистр, добавить вторую величину, потом третью и т. д. В заключение необходимо разделить полученную сумму на 24. Поскольку для каждого набора данных используется одна и та же программа, то процессор с одним счетчиком команд и одним блоком декодирования команд, но с N арифметическими устройствами и N наборами регистров мог бы выполнять вычисления одновременно для N наборов данных.

История развития ЭВМ

Примером организации ЭВМ этого типа является ILLIAC IV, разработанная в Иллинойсском университете и изготовленная фирмой Burroughs. ILLIAC IV содержит четыре управляющих устройства, каждое из которых способно обрабатывать одновременно до 64 наборов данных. Таким образом, ILLIAC IV может выполнять одновременно четыре вычислительные операции различного типа, каждая из которых обрабатывает до 64 наборов данных, что обеспечивает параллельное выполнение 256 операций.

Подобную организацию процессора имеет машина с магистральной обработкой. В этом случае для реализации каждого шага выполнения команды (например, выборки команды в регистр команд, определения типа команды, локализации данных и т. д.) в CPU имеется отдельный блок. Когда машина начинает работать, первая команда выбирается первым блоком. Затем первую команду начинает декодировать второй блок, в то время как первый блок выбирает вторую команду. Спустя некоторое время обработку первой команды начинает третий блок, определяющий, нужны ли для ее выполнения данные из памяти, а в это время второй блок декодирует вторую команду, а первый блок выбирает следующую команду. Усложненные формы магистральной обработки используются в Модели 195 Системы 360, ЭВМ STAR фирмы CDC и MU5 Манчестерского университета.

Память и вычислительные данные ЭВМ

Память — это часть вычислительной машины, где хранятся программы и данные. Специалисты используют также термин запоминающее устройство (ЗУ). Без памяти, из которой процессоры могут выбирать и куда они могут помещать информацию, было бы невозможно существование известных нам цифровых вычислительных машин с запоминаемыми программами.

Биты
Базовой единицей памяти является двоичная цифра, называемая битом. Это самая простая из возможных единиц. (Вряд ли возможно создание памяти на базе устройства, способного запоминать только нули.).

Часто говорят, что вычислительные машины используют двоичную арифметику, потому что она «эффективна». Под этим подразумевается (хотя и редко уточняется), что для запоминания цифровой информации необходимо различать разные величины некоторой непрерывной физической характеристики, такой как напряжение или ток. Чем больше величин надо различать, тем меньше между ними разница и тем менее надежна память. При двоичной системе надо различать только две величины; следовательно, она оказывается наиболее надежной системой кодирования цифровой информации. Если читатель не знаком с двоичными числами, ему следует обратиться к приложению А.

Некоторые вычислительные машины рекламировались как ЭВМ, имеющие десятичную, а не двоичную арифметику. Это можно реализовать, применяя четыре бита для запоминания одной десятичной цифры. 4 бит дают 16 комбинаций, десять из которых используются для представления десятичных цифр от 0 до 9, а остальные шесть совсем не используются. Ниже приведены десятичное и двоичное представления числа 1944, состоящие из 16 бит.


Рейтинг публикации:
Комментариев: 0
avatar