Основы построения ЭВМ. Основные определения. Вычислительная машина. Функция Аккермана – тест для компьютера, страница 2

Так, на начальном этапе решения задачи алгоритмы обычно записываются в текстуальной форме, а запись на алгоритмическом языке используется на заключительных этапах.

Такое представление алгоритма в виде граф-схем обладает большой наглядностью и обозримостью.

<5>

Таким образом, мы формализовали алгоритм для решения задачи. Отсюда можно привести другое определение ЭВМ.

Техническое устройство, способное понимать формальный язык, на котором записан алгоритм, и выполнять действия, указанные в нем (реализовывать операторы), и есть вычислительная машина.

Алгоритм, записанный на языке машины, есть программа.

2. Принципы действия ЭВМ. Принципы программного управления.

Прежде чем определить функциональный состав ЦВМ вспомним, как мы проводим вычисления «вручную» с применением подручных средств (логарифмическая линейка, арифмометр, микрокалькулятор и т.д.)

Происходит это приблизительно так …

На лист бумаги заносим формулу вычислений, определяющую порядок действий, исходные данные и заготавливаем, например, таблицу для будущих результатов.

Итак, мы смотрим на формулу, считываем исходные данные с листа на арифмометр и делаем на нем соответствующие операции по формуле. Результат (промежуточный или окончательный) заносим в таблицу.

Затем операция возможно повторяется.

Примечательно, что в случае получения в этом процессе некоторого результата мы можем иногда изменять какую-либо формулу вычисления, использовать иные исходные данные и т.п.

Следовательно, организуя вычислительный процесс необходимо иметь:

–  информацию, над которой происходит действие;

–  информацию о порядке действий;

–  информацию о том, как надо выполнять действия.

<6>

Аналогия со столь формальным процессом вычисления наблюдается в работе ЭВМ. При этом заметим, что технические средства должны обеспечивать по крайней мере следующее:

–  хранение и выдачу исходных, промежуточных данных и результатов;

–  хранение порядка действий;

–  обмен с внешним миром, в частности с человеком, решающим задачу;

–  непосредственное выполнение отдельных операций;

–  управление (координацию) всем ходом процесса.

Удовлетворять этим требованиям может следующая структура:

Порядок действий хранится в виде определенным образом организованной совокупности команд. Способ этой организации на различном уровне детализации и выступает в виде алгоритма, либо программы.

<7>

Любая универсальная ЭВМ состоит, таким образом, из четырех основных частей (по фон Нейману – из 5-ти):

1.  Арифметическо–логическое устройство, предназначенное для непосредственного выполнения отдельных операций над кодами чисел (операндами). АЛУ составляет 20-30% объема, т.е. это не главное.

2.  Запоминающее устройство (ЗУ), предназначенное для приема, хранения и вывода кодов чисел и программ. Обычно ЗУ строится по иерархическому принципу СОЗУ – ОЗУ – ВЗУ.

3.  Устройство управления (УУ), предназначенное автоматического (без участия человека) управления работой всех других блоков в процессе вычислений. Обычно тоже строится по иерархии.

4.  Устройство ввода-вывода (УВВ), предназначенное для восприятия вводимых данных, представляемых, в частности, и в каком-либо «неэлектронном виде» (оптические свойства на CD и DVD, пробивки на ПК, ПЛ и др.), преобразо-вания их в электрические сигналы и передачи их в ЗУ, а также для обратных процедур. (Фон Нейман устройства ввода и вывода рассматривал как два независимых блока).

Современная ЭВМ существенно сложнее этой модели.

Заметим, что современные процессоры кроме устройств перечисленных выше в своём составе могут иметь и другие устройства.

<8>

Автоматическое управление процессом решения задачи ЭВМ основано на принципе программного управления. Поясним его.