В чем заключается принцип однородности памяти
В чем заключается принцип однородности памяти
Принцип однородности памяти
Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования; то есть одно и то же значение в ячейке памяти может использоваться и как данные, и как команда, и как адрес в зависимости лишь от способа обращения к нему. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных. Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного программирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции — перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной машины.
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек — адреса.
Принцип программного управления
Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.
Принцип двоичного кодирования
Данные и команды кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. В числовой информации обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов. В формате команды можно выделить два поля: поле кода операции и поле адресов.
Принцип однородности памяти
Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования; то есть одно и то же значение в ячейке памяти может использоваться и как данные, и как команда, и как адрес в зависимости лишь от способа обращения к нему. Благодаря принципу однородности имеется возможность создания в памяти компьютера программы, являющейся результатом исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции — перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной машины.
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек — адреса.
Принцип программного управления
Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.
Принцип двоичного кодирования
В статье фон Неймана «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства» убедительно обосновывается использование двоичной системы для представления чисел, а ведь ранее все вычислительные машины хранили обрабатываемые числа в десятичном виде. Авторы продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. В дальнейшем ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации — текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.
Кроме этого, согласно принципу двоичного кодирования, команды программы тоже записываются двоичными цифрами 0 и 1.
Так как зашла речь о двоичном кодировании информации, то необходимо подробнее рассмотреть вопрос о системах счисления и о двоичной системе счисления, в частности.
Системы счисления бывают позиционные и непозиционные. Примером непозиционной системы является представление чисел с помощью римских цифр I,V,X,C,L и т.д. Пример позиционной системы — привычная для нас десятичная система счисления. Любая позиционная система счисления строится по следующему общему принципу. Выбирается натуральное число p1 — основание системы счисления и задается упорядоченное множество цифр со значениями от 0 до p-1. Любое целое число N представимо в заданной системе счисления в виде многочлена:
где ai — цифра, p — основание используемой системы счисления.
В позиционной системе счисления с основанием pэто число N сокращенно записывается в виде последовательности цифр:
N = ( a k a k-1 … a 1 a 0 )p.
С математической точки зрения десятичная система счисления не представляет из себя что-то особенное. Причиной ее возникновения является наличие на двух руках нормального человека десяти пальцев. Но люди не всегда считали в десятичной системе. До нашего времени дошли отголоски двенадцатеричной системы счисления, применявшейся когда-то на территории нынешней Европы. Это — русское слово дюжина, обозначавшее десятку в двенадцатеричной системе, или слова elf, zvolf в немецком языке, слова eleven, twelve в английском языке. Происхождение двенадцатеричной системы, видимо, обусловлено также строением человеческой руки: двенадцать фаланг на четырех пальцах (указательный, средний, безымянный и мизинец), а счет осуществлялся с помощью большого пальца, передвигающегося по фалангам перечисленных пальцев. Когда-то давно, в странах Древней Мессопотамии использовалась шестидесятеричная система счисления. Причины ее возникновения неизвестны, а вот отголоски ее тоже дошли до наших дней: это деление на шестьдесят минут, шестьдесят секунд углов и временных интервалов.
В компьютерах применяется простейшая из систем счисления — двоичная. В этой системе всего две цифры: 0 и 1. Поэтому любое число в двоичной системе счисления представляется последовательностью нулей и единиц. Например, числа десятичной системы от 0 до 15 в двоичной системе выглядят так:
| 10 с/с | 2с/с | 8 с/с | 16 с/с |
| A | |||
| B | |||
| C | |||
| D | |||
| E | |||
| F |
Обусловлено применение именно двоичной системы в вычислительных машинах тем, что элементарной единицей памяти компьютера является так называемый триггер. В самых первых ЭВМ в качестве триггера использовались контакты электромеханических реле, при этом каждая пара контактов может находиться лишь в двух состояниях — замкнуто или разомкнуто. В современных компьютерах триггеры реализуются на полупроводниковых элементах, но суть их остается той же: в каждый момент времени триггер может находится в каком-либо одном из двух возможных состояний. Одному из этих состояний поставлено в соответствие число 0, другому — число 1. В двоичной системе счисления это есть один двоичный разряд, а в теории информации это есть элементарная единица информации, которая называется бит.
В N двоичных разрядах можно записать число из промежутка от 0 до 2N-1. Например, при N=2 — от 0 до 3; при N=3 — от 0 до 7; при N=4- от 0 до 15. Минимальная адресуемая ячейка памяти компьютера — байт содержит 8 бит, и поэтому в байте можно записать числа из диапазона от 000000002 = 010 до 111111112 =25510.
В программистской практике для удобства и сокращения записи двоичных кодов используются восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления.
Восьмеричная система содержит восемь цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, а шестнадцатеричная — шестнадцать: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F.
Таблица соответствия для десятичных чисел от 0 до 15 в системах с основаниями 2, 8, 16 выглядит так:
Как известно, объемы памяти в современных компьютерах измеряются в байтах. Для сокращения применяются производные единицы измерения: килобайт (К), мегабайт (М), гигабайт (Г), терабайт (Т). При этом 1К = 1024 (210) байт, 1М = 1024К, 1Г = 1024М, 1Т = 1024Г.
1. Что изучает наука информатика?
2. Что понимают под интерфейсом пользователя?
3. Что такое информация? Какими свойствами она владеет?
4. Из каких операций складывается процесс обработки данных?
5. Что такое информационная система?
6. Из каких этапов складывается работа информационных систем?
7. Какой смысл вкладывается у понятия информационная технология?
Статьи к прочтению:
DIY [Бесконечная шоколадка] Endless Chocolate Bar
Похожие статьи:
Информатизация общества Информатизация общества — организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для…
Принципы организации современного компьютера на примере IBM PC Понятие аппаратурного и программного обеспечения компьютера. Современный компьютер из-за…
В чем заключается принцип однородности памяти
Компьютер должен иметь:
Память компьютера представляет собой некоторое количество пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.
Как всякая техника, компьютеры развивались в сторону увеличения функциональности, целесообразности и красоты. Есть вообще утверждение, претендующее на закон: совершенный прибор не может быть безобразным по внешнему виду и наоборот, красивая техника не бывает плохой. Компьютер становится не только полезным, но и украшающим помещение прибором. Внешний вид современного компьютера, конечно, соотносится со схемой фон Неймана, но в то же время и разнится с ней.
В настоящее время обычный персональный компьютер представляет собой комплекс, состоящий из:
Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана
В середине 1940-х проект компьютера, хранящего свои программы в общей памяти был разработан в Школе электрических разработок Мура (англ. Moore School of Electrical Engineering ) в Университете штата Пенсильвания. Подход, описанный в этом документе, стал известен как архитектура фон Неймана, по имени единственного из названных авторов проекта Джона фон Неймана, хотя на самом деле авторство проекта было коллективным. Архитектура фон Неймана решала проблемы, свойственные компьютеру ENIAC, который создавался в то время, за счёт хранения программы компьютера в его собственной памяти. Информация о проекте стала доступна другим исследователям вскоре после того, как в 1946 году было объявлено о создании ENIAC. По плану предполагалось осуществить проект силами Муровской школы в машине EDVAC, однако до 1951 года EDVAC не был запущен из-за технических трудностей в создании надёжной компьютерной памяти и разногласий в группе разработчиков. Другие научно-исследовательские институты, получившие копии проекта, сумели решить эти проблемы гораздо раньше группы разработчиков из Муровской школы и реализовали их в собственных компьютерных системах. Первыми пятью компьютерами, в которых были реализованы основные особенности архитектуры фон Неймана, были:
Принцип однородности памяти
Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных. Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного программирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции – перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной ВМ.
Концепция вычислительной машины, изложенная в статье фон Неймана, предполагает единую память для хранения команд и данных. Такой подход был принят в вычислительных машинах, создававшихся в Принстонском университете, из-за чего и получил название принстонской архитектуры. Практически одновременно в Гарвардском университете предложили иную модель, в которой ВМ имела отдельную память команд и отдельную память данных. Этот вид архитектуры называют гарвардской архитектурой. Долгие годы преобладающей была и остается принстонская архитектура, хотя она порождает проблемы пропускной способности тракта «процессор-память». В последнее время в связи с широким использованием кэш-памяти разработчики ВМ все чаще обращаются к гарвардской архитектуре.
Дата добавления: 2015-10-09 ; просмотров: 711 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Принцип однородности памяти
Принцип программного управления
Принцип двоичного кодирования
Согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. В числовой информации обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов. В формате команды можно выделить два поля (рис. 1.2): поле кода операции (КОп) и поле адресов (адресную часть – АЧ).
| Код операции (КОп) | Адресная часть (АЧ) |
Рис. 1.2. Структура команды
Код операции представляет собой указание, какая операция должна быть выполнена, и задается с помощью r-разрядной двоичной комбинации.
Вид адресной части и число составляющих ее адресов зависят от типа команды:
• в командах преобразования данных АЧ содержит адреса объектов обработки (операндов) и результата;
• в командах изменения порядка вычислений – адрес следующей команды программы;
• в командах ввода/вывода – номер устройства ввода/ вывода.
Адресная часть также представляется двоичной последовательностью, длину которой обозначим через р. Таким образом, команда в вычислительной машине имеет вид (r + р )-разрядной двоичной комбинации
Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов – команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.
Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных. Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного программирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции – перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной ВМ.
Концепция вычислительной машины, изложенная в статье фон Неймана, предполагает единую память для хранения команд и данных. Такой подход был принят в вычислительных машинах, создававшихся в Принстонском университете, из-за чего и получил название принстонской архитектуры. Практически одновременно в Гарвардском университете предложили иную модель, в которой ВМ имела отдельную память команд и отдельную память данных. Этот вид архитектуры называют гарвардской архитектурой. Долгие годы преобладающей была и остается принстонская архитектура, хотя она порождает проблемы пропускной способности тракта «процессор-память». В последнее время в связи с широким использованием кэш-памяти разработчики ВМ все чаще обращаются к гарвардской архитектуре.