Процессор персонального компьютера. (Назначение, функции, классификация процессора)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Появление электронно-вычислительных машин (ЭВМ) в современном обществе нарушило монополию человека на обработку информации и стало предпосылкой создания средств для загрузки и выгрузки информации в обрабатывающую часть вычислительного устройства. При этом способы представления и обработки информации в рамках ЭВМ сильно отличаются от тех, которые используются человеческим мозгом [13].

ЭВМ по праву занимает достойное место в списке величайших достижений научно-технического прогресса прошлого столетия. Большинство современных людей заняты в сфере обработки информации, пользуясь при этом информационными и коммуникационными технологиями. Сегодня уже человек сам по себе является частью информационного общества. Для того чтобы уверенно занимать эту позицию, ему необходимо обладать определенной информационной культурой, а также знаниями и навыками работы в области информационных технологий. Кроме того, необходимо иметь знания об архитектуре ЭВМ и ее устройстве, а также аппаратной реализации и физических процессах функционирования [15].

Сегодня информационные технологии шагнули так сильно вперед, что компьютеры стали помещаться на ладони. Однако, не смотря на многообразие различных видов электронных вычислительных устройств, их работа построена на общих принципах, характерных для каждого вида архитектуры. Под архитектурой ЭВМ здесь понимается набор устройств, входящих в ее состав, а также их назначение, особенности функционирования и связи между ними [3].

Все вышесказанное объясняет актуальность выбранной темы – современный мир является миром информационных технологий. Человек неразрывно связан с достижениями науки и техники в этом направлении. Чтобы оставаться в курсе имеющихся технологий и уметь их грамотно использовать, человеку необходимо не только знать новейшие достижения, но и иметь представление о первоначальном устройстве и его эволюции.

Объект исследования данной работы – электронно-вычислительные машины.

Предмет исследования – центральные процессоры (ЦП) ЭВМ.

Целью работы является рассмотрение истории развития ЭВМ, описание принципов их построения, а также построения центральных процессоров ЭВМ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать литературу по заданной теме;
• изучить основные поколения ЭВМ;
• выявить принципы построения ЭВМ;
• изучить принципы построения архитектуры ЦП;
• рассмотреть структуру и систему команд процессоров.

В качестве опорных источников при написании работы были использованы следующие: Цилькер Б.Я. - «Организация ЭВМ и систем» и Орлов С.П. - «Организация компьютерных систем».

1. ЭВМ

1.1. Основные понятия

В настоящее время существует множество различных определений термина ЭВМ, схожих по своей сути. Рассмотрим основные из них:

• компьютер – прибор, способный производить различные вычисления и принимать решения, быстрее по своей скорости в миллиарды раз, в сравнении с человеком. Для обработки данных компьютеры используют специальные наборы команд, которые называются компьютерными программами;
• цифровой компьютер – машина, способная решать задачи и выполнять команды, направленные ей. При этом последовательность направленных команд, которые описывают решение поставленной задачи, носит название программы;
• ЭВМ – комплекс электронного оборудования, задачей которого является интерпретация программ в виде физических процессов, основная цель которых – реализация математических операций над данными, представленными в цифровом виде;
• ЭВМ – искусственная (инженерная) система, основной целью которой является выполнение разнообразных вычислений на основе алгоритмов. Принципы построения ЭВМ определяются с одной стороны назначением ЭВМ, а с другой – ее элементной базой, т.е. набором элементов, из которых состоит ЭВМ. Наиболее распространенное назначение ЭВМ – выполнение алгоритмов, направленных на вычисление чего-либо, поэтому свойства алгоритмов предопределяют принципы построения ЭВМ – ее архитектуру [7].

В дальнейшем под ЭВМ будет пониматься совокупность технических средств, предназначенных для организации ввода/вывода, хранения, а также автоматической обработки информации согласно заданному алгоритму.

Технические средства ЭВМ приведены на рисунке 1.

Технические средства ЭВМ

ЦП

ОП

ВУ

ПВВ

УВВ

ВЗУ

Рисунок 1 – Технические средства ЭВМ

В их состав входят:

• центральный процессор (ЦП);
• оперативная память (ОП);
• внешние устройства (ВУ):
  • устройства ввода/вывода (УВВ);
  • внешние запоминающие устройства (ВЗУ);
• процессоры ввода/вывода (ПВВ).

Вычислительный комплекс (ВК) представляет собой совокупность технических средств, в состав которых входит сразу несколько центральных процессоров (МПВК – многопроцессорный вычислительный комплекс) или объединение нескольких однопроцессорных ЭВМ (ММВК – многомашинный вычислительный комплекс), представленный на рисунке 2.

Главная задача построения ВК – обеспечить высокую надежность и/или производительность, которая не может быть достигнута при помощи использования только однопроцессорных ЭВМ [1].

Вычислительный комплекс

МПВК

МПВК

ЦП₁

ЦП₂

ОП₁

ОП₂

ВУ

ЭВМ

ЦП₁

ОП₁

ЦП₂

ОП₂

ВУ

ЭВМ₁

ЭВМ₂

Рисунок 2 – Схема вычислительного комплекса

1.2. Эволюция

1.2.1. Нулевое поколение (1492-1945 гг.)

Период нулевого поколения принято называть механической эрой. Вычислительные устройства того времени строили на механических зубчатых колесах, на смену которым, в начале XX века пришли электромеханические реле. Вычислительные машины той эпохи не имели вообще ничего общего с современными ЭВМ.

Ключевыми событиями периода нулевого поколения являются следующие:

• в 1642г. Блез Паскаль представил первое механическое вычислительное устройство, которые могло выполнять простейшие арифметические операции над пятиразрядными десятичными числами;
• в 1673 г. Готфрид Лейбниц представил «пошаговый вычислитель», который мог выполнять все четыре основных арифметических операции над 12-разрядными операндами в десятичной системе счисления. Впервые в конструкцию вычислительного устройства, кроме зубчатых колес, был добавлен ступенчатый валик;
• в 1836 г. Чарльз Бэббидж описал проект «аналитической машины», которая могла получать данные с перфокарт и хранить их в памяти, объемом пятьдесят чисел. В основе данной машины лежала концепция условного перехода. Кроме того, именно в машине Бэббиджа появилась идея микропрограммирования – инструкции для данной машины задавались при помощи позиционирования металлических штырей в цилиндре с отверстиями;
• в 1939 г. Джордж Стибитц и Сэмюэль Вильямс представили калькулятор, в основе которого лежала релейная логика – Model I. Управление калькулятором осуществлялось с помощью модифицированного телетайпа;
• в 1943 г. группа гарвардских ученых под управлением Говарда Айкена представила вычислитель Mark I, состоящий из целого множества отдельных вычислителей, обрабатывающих свои части в решении задачи и контролирующиеся единым устройством управления. Ввод команд осуществлялся также при помощи перфокарт;
• в 1945 г. Конрад Цузе представил вычислитель Z4, схожий с современными компьютерами: он состоял из отдельных устройств процессора и памяти. Кроме того, процессор Z4 мог обрабатывать числа с плавающей запятой и извлекать квадратный корень. Данные для Z4 вносились при помощи перфоленты.

Ключевым событием эпохи нулевого поколения является разработка аналитической машины Бэббиджа.

1.2.2. Первое поколение (1937 – 1953 гг.)

Основной идеей машин первого поколения является применение электронно-вакуумных ламп, заменившим электромеханические реле. Изначально считалось, что электронные лампы будут надежнее, хотя эта идея оказалась неоправданной. Главным достоинством электронных ламп была скорость их переключения – такие ключи переключались приблизительно в тысячу раз быстрее, чем электромеханические реле.

Первой ЭВМ данной эпохи является калькулятор ABC, разработанный Клиффордом Берри и Джоном Атанасовым в период 1939-1942 гг. Главной задачей данного калькулятора являлось решение систем линейных уравнений, которые могли включать до 29 уравнений и неизвестных.

Соперником калькулятора ABC является машина ENIAC, разработанная Преспером Эккертом и Джоном Мочли в 1946 г. Изначально ENIAC применялся в процессах разработки водородной бомбы. Программа в нем задавалась при помощи схемы коммутации триггеров на 40 наборных полях. Фактически, в состав данного компьютера входило 10 триггеров, которые объединялись в кольцо, образуя десятичный счетчик. Десять подобных колец реализовывали запоминающий регистр. Всего в составе ENIAC было 20 регистров.

Ключевым моментом эпохи первого поколения считается проект EDVAC с участием Джона фон Неймана, в котором впервые был реализован принцип хранимой в памяти программы.

Основными областями применения ЭВМ первого поколения были инженерные и прикладные науки.

1.2.3. Второе поколение (1954-1962 гг.)

Дальнейшее развитие вычислительной техники связано с заменой электронных ламп на полупроводниковые транзисторы и диоды. Одной из первых машин, построенных по данной технологии, является TRADIC, разработанная компанией Bell Labs, состоящая из 700 транзисторов и 10000 германиевых диодов.

Изменения коснулись не только структурных элементов ВМ, но и устройств памяти – стали применяться устройства на магнитных сердечниках, при помощи которых можно было реализовать произвольный доступ к данным.

Кроме того, в состав процессора впервые были введены индексные регистры, при помощи которых можно было организовывать работу с массивами данных.

Также, именно в эпоху второго поколения ЭВМ появились процессоры ввода/вывода, дошедшие и до наших дней. Главной целью этих процессоров было освобождение ЦП от операций управления вводом/выводом.

1.2.4. Третье поколение (1963-1972 гг.)

Предпосылкой для появления третьего поколения ЭВМ стал резкий рост вычислительных мощностей, который был достигнут за счет перехода от полупроводников к интегральным микросхемам. Также изменилась технология памяти – вместо магнитных сердечников стали применяться полупроводниковые устройства.

Также произошли изменения и в архитектуре ЭВМ – появились понятия параллельной и конвейерной обработки.

Первые ЭВМ третьего поколения строились на интегральных схемах (ИС) малой степени интеграции. Кристалл такой схемы мог включать в себя до 10 транзисторов. В завершении третьего поколения появились ИС средней степени интеграции, число транзисторов в которых было уже на порядок выше. Тогда же появилась идея создания и использования многослойных печатных плат.

Ярким примером ЭВМ третьего поколения является ВС CDC 6600, разработанная в 1964 г. Сеймуром Креем. Именно в данной ЭВМ впервые был реализова принцип параллелизма. CDC 6600 включала в свой состав 10 независимых функциональных блоков, способных работать параллельно. Кроме того, в ее состав входили 32 независимых модуля памяти. Модификацией CDC 6600 стала CDC 7600 – конвейерная вычислительная система. Превосходящая по производительности свою базовую ЭВМ в 10 раз.

Также важно отметить семейство ВМ IBM 360, которое стало эталоном архитектуры ЭВМ благодаря следующим свойствам:

• предварительная выборка команд;
• конвейеризация команд;
• кэш память;
• отдельные блоки для операций с плавающей и фиксированной запятой.

1.2.5. Четвертое поколение (1972-1984 гг.)

Главной причиной возникновения нового поколения ЭВМ стал переход к интегральным схемам сверхбольшой степени интеграции, которые содержали до 100000 транзисторов на одном кристалле. При таком подходе на кристалле стало возможным расположить не только ЦП, но и различные вычислительные блоки.

С точки зрения архитектуры также были внесены изменения – появились ЭВМ с сокращенным набором команд – RISC (Redused Instruction Set Computer). Такие ЭВМ содержали только наиболее распространенные простейшие команды.

1.2.6. Пятое поколение (1984-1990 гг.)

В основу ЭВМ пятого поколения лег принцип параллельных вычислений, который был реализован при помощи одновременного использования нескольких процессоров.

В этот период сформировались два взгляда на архитектуру ЭВМ:

• архитектура с совместно используемой памятью – примером такой машины является Sequent Balance 8000. В данной ЭВМ блок основной памяти делился между 20 процессорами. Основным направлением применения данной ЭВМ было исследование параллельных алгоритмов и техники программирования;
• архитектура с распределенной памятью – в таких ЭВМ каждый процессор обладал своим собственным блоком памяти. Подобный подход сокращал ограничения пропускной способности тракта «процессор-память».

1.2.7. Шестое поколение (с 1990 г.)

Предпосылкой появления шестого поколения является прогресс, достигнутый в сфере параллельных вычислений, который послужил началом для систем с массовым параллелизмом MPP (Massively Parallel Processing). В состав таких систем входит большое количество автономных вычислительных машин, взаимодействующих между собой.

Другой отличительной чертой шестого поколения является увеличение значимости рабочих станций. Процессоры на таких ЭВМ совмещали в себе параллельную обработку, конвейеризацию и RISC-архитектуру [16, 18].

1.3. Принципы построения

Под архитектурой ЭВМ принято понимать ее организацию, включая аппаратное обеспечение, обработку данных, управление и связи в таких объектах, как процессоры, звуковая и графическая подсистемы, система памяти, а также набор шин, система команд и организация ввода/вывода [12].

Основоположником учений об архитектуре ЭВМ является американский математик Джон фон Нейман. Именно он был главным автором статьи «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства», в которой были сформулированы основные принципы построения ЭВМ:

• использование двоичной системы счисления – основным преимуществом двоичной системы перед привычной десятичной заключается в том, что устройства на двоичной логике очень просты с точки зрения конструкции. Кроме того, в подобных устройствах гораздо легче организовать арифметические и логические операции;
• программное управление ЭВМ – работа ЭВМ происходит под контролем программы, которая в свою очередь состоит из определенного набора команд. Эти команды выполняются последовательно одна за другой. Создание машины с хранимой в памяти программой положило началу современному программированию;
• память ЭВМ хранит не только данные, но и команды, закодированные в двоичной системе счисления. При этом к командам можно обратиться как к данным, а к данным – как к командам;
• ячейки памяти ЭВМ имеют свои адреса, которые выставляются в виде последовательной нумерации. В любой момент времени можно обратиться к любой ячейке памяти, зная ее адрес. Данный принцип послужил созданию переменных в программировании;
• возможность условного перехода в процессе выполнения программы – не смотря на последовательное выполнение команд, существует также возможность условного перехода на любой другой участок кода, в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо заданного логического условия.

Архитектура, построенная по таким принципам, называется Неймановской архитектурой (см. рисунок 3).

Рисунок 3 – Архитектура фон Неймана

Основные блоки данной архитектуры:

• устройство управления (УУ);
• арифметико-логическое устройство (АЛУ);
• внешняя память;
• внутренняя память;
• устройства ввода/вывода.

В современных компьютерах АЛУ и УУ объединяют в единое устройство, называемое процессором. В его задачи входит преобразование информации, которая поступает из памяти и внешних устройств ввода.

Память ЭВМ хранит данные и программы. Запоминающее устройство включает в себя два компонента:

• оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), задачей которого является хранение той информации, с которой компьютер работает в текущий момент времени;
• внешние запоминающие устройства (ВЗУ) – устройства гораздо большего объема памяти по сравнению с ОЗУ, но с медленным доступом [8].

2. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР

2.1. Общие сведения

Центральный процессор (ЦП) является основным компонентом в любой ЭВМ. Именно процессор выполняет пользовательскую программу. Кроме того, он организует взаимодействие между различными частями вычислительной машины, объединяя их в единую систему – компьютер.

Общая схема ЦП приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема ЦП

В состав ЦП входят устройства и регистры. Регистрами принято называть запоминающие элементы (ячейки), которые расположены непосредственно внутри процессора и служат для хранения информации. Основными компонентами ЦП являются:

1. устройство управления (УУ) – управляет работой процессора и координирует работу всех остальных устройств, а также организует процесс выполнения программы (см. Рисунок 5). УУ состоит из следующих компонент:

• регистр команд, задачей которого является хранение кода операции, выполняющейся в данный момент времени и ее операндов;
• узел формирования адреса, который вычисляет полный адрес ячейки, исходя из данных, полученных из регистра команд;
• дешифратор операций, задачей которого является выборка управляющего входа;
• постоянное запоминающее устройство, которое хранит последовательность управляющих сигналов.

Рисунок 5 – Функциональная схема УУ

Основные задачи устройства усправления:

• считывание сигналов управления и их пересылка блокам;
• формирование адреса очередной команды;
• выбор адреса команды и ее операндов;
• расшифровка кодов и признаков команд;
• сохранение результатов в памяти.

1. арифметико-логическое устройство (АЛУ) – отвечает за выполнение арифметических и логических операций, производит вычисления (см. рисунок 6).

Основные компоненты АЛУ:

• регистры – ячейки памяти для хранения операндов и результатов выполнения команд;
• сумматор – вычислительная схема, согласно которой реализуются арифметические и логические операции;
• схемы управления – схемы, которые принимают управляющие сигналы от УУ и преобразуют их в сигналы, понятные для АЛУ.

Рисунок 6 – Функциональная схема АЛУ

1. регистр счетчика адреса (СА) – хранит в себе адрес очередной команды;
2. регистр команды (РК) – хранит команду, выполняющуюся ЦП в текущий момент времени.

Любой процессор характеризуется набором стандартных для него машинных операций. Машинной операцией называется элементарное действие, которое выполняется аппаратным путем. Такие операции реализуются в виде электронных схем процессора. При этом любое вычисление, которое необходимо произвести при помощи ЭВМ, раскладывается на элементарные действия и представляется в виде последовательности машинных операций.

Некоторые машинные операции могут быть достаточно сложными, например, операция извлечения корня или вычисление значения функции в заданной точке. Конкретный набор машинных операций определяется спецификацией класса задач, для решения которых предстоит использовать конкретный процессор. Наиболее часто встречающиеся действия целесообразно реализовывать аппаратно, а редкие операции – программно, выражая их через элементарные машинные операции, например, реализовать умножение при помощи многократного сложения. Чем шире набор машинных операций, тем проще писать программы для процессора.

Приказ выполнения машинной операции для ЦП с учетом указанных операндов называется машинной командой. Правила записи машинной команды – формат команды. Список машинных операций и форматов команд – система команд ЦП. Во многих случаях «команда» и «машинная операция» употребляются в качестве синонимов.

Набор машинных операций состоит из следующих команд:

• команды пересылки данных – реализуют обмен данными между оперативной памятью и ЦП;
• арифметические команды – реализуют вычисления, например, сложение, умножение, вычитание, деление и т.п.;
• команды переходов – команды, отвечающие за передачу управления и позволяющие программировать циклы и условные операторы [3].

2.2. Микроархитектура

Микроархитектура современного одноядерного процессора приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Микроархитектура ЦП

В основе данной организации лежит архитектура фон Неймана, однако, есть и отличия, связанные с конвейерной и параллельной обработкой данных. Основные блоки ЦП:

• предпроцессор;
• постпроцессор;
• исполнительные блоки;
• кэш команд и данных;
• блок записи результатов в память.

Команды программы хранятся в кэш-памяти команд и извлекаются оттуда при помощи предпроцессора. Такая операция называется процедурой выборки. Далее команды декодируются – преобразуются в примитивные микрокоманды, которые уже могут восприниматься функциональными устройствами процессора. После того, как команда извлечена и декодирована, она получает необходимые ей операнды и становится готовой для исполнения – команда помещается в специальную очередь к исполнительным блокам. Исполнительные блоки ЦП реализованы в виде конвейеров, образуя при этом параллельную вычислительную среду. В случае неупорядоченного исполнения команд, они подаются на исполнительные блоки не в порядке следования, а по мере готовности операндов.

После того, как команда поступила в исполнительный блок, она начинает выполняться. По причине того, что скорость выполнения разных команд различна, внутри конвейеров происходит переупорядочение команд и выдача результатов. Задача постпроцессора при этом – следить за готовностью результатов на выходе исполнительных блоков и осуществлять возврат к естественной последовательности команд.

Команда считается выполненной, если выполнены все команды, предшествующие ей [12]. В зависимости от типа команд выделяют следующие группы процессоров:

• CISC (Complex Instrucion Set Comman) – процессоры с полным набором команд;
• RISC – процессоры с сокращенным набором команд;
• VLIW (Very Length Instruction Word) – процессоры со сверхбольшими командными словами;
• MISC (Minimum Instruction Set Command) – процессоры с минимальным набором команд [9].

2.2.1. CISC-процессоры

CISC-процессоры - процессоры со сложным набором команд (см. рисунок 8) [14]. В таких процессорах команды ЦП состоят из несколькольких микрокоманд. Главное достоинство такой заключается в простоте программирования.

Команды CISC-процессоров называются макрокомандами, т.к. приводят к выполнению определенной последовательности элементарных команд [17].

Создателями CISC-процессоров принято считать разработчиков компании IBM. Свойства, присущие CISC-процессорам:

• запись арифметических операций в виде одной команды;
• переменный размер длины команды;
• относительно небольшое число регистров ЦП;
• большое количество разнообразных команд;
• большое количество методов адресации;
• преобладание двухадресного формата команд [6].

Рисунок 8 – Схема работы CISC-процессора

2.2.2. RISC-процессоры

RISC-процессоры – процессоры с сокращенным набором команд. Любая команда в таких процессорах элементарна и выполняется за один такт (см. рисунок 9).

Рисунок 9 – Схема работы RISC-процессора

Характерной чертой RISC-процессора является фиксированная длина команды – 32 или 64 бита.

Основным преимуществом RISC-процессоров является конвейеризация, которая позволяет наращивать тактовую частоту процессоров.

Яркими примерами таких процессоров служат RISC I, содержащий более 40000 транзисторов, работающий на частоте 4 МГц, способный выполнять 32 инструкции и RISC II, выполняющий 39 инструкций [10].

2.2.3. VLIW-процессоры

VLIW-процессоры построены на базе процессоров RISC, но являются суперскалярными. Команда VLIW-процессоров может состоять из 23 простейших операций, выполняющихся параллельно [11].

Узким местом таких процессоров является вопрос порядка вычисления параллельных операций. Для этих целей используется специальное ПО – планировщик, в задачи которого входит поиск всех независимых команд, преобразование их в длинные строки и отправление этих строк на исполнение [5].

2.4.4. MISC-процессоры

MISC-процессоры представляют собой архитектуру с минимальным набором длинных команд. Увеличение разрядности процессоров привело к идее укладки нескольких команд в одно большое слово, что позволило использовать увеличенную производительность ЭВМ и возможность одновременной обработки нескольких потоков данных.

Процессоры MISC объединяют в себе свойства RISC и VLIW архитектур, имея небольшой набор команд, состоящих из длинных слов. Порядок выполнения команд при этом распределяется по принципу максимальной загрузки. Таким образом, архитектура MISC объединила в себе суперскалярную и VLIW-концепции [20].

2.3. Форматы команд и способы адресации

Под системой команд ЦП принято понимать список, тип и вид команд, автоматически выполняющихся процессором. Эти команды определяют процедуры, которые могут выполняться при помощи конкретного процессора, а также категории данных, обработка которых необходима [9].

Основоположником большинства современных процессоров является процессор Intel 8086. Его система команд насчитывает более десяти различных форматов, которые отличаются друг от друга длиной и распределением полей.

В системе команд Intel 8086 используется три вида префикса команды:

• seg – замена сегмента. Применяется для переназначения стандартных сегментов, которые используются по умолчанию в случаях обращения к памяти за операндом или при записи результата. Адрес переназначения при этом занимает два средних бита в префиксном байте;
• rep – повторение. Применяется только перед командами, предназначенными для обработки строк. Данный префикс заставляет многократно повторять выполнение команды, чтобы поэлементно обрабатывать строки. Кроме того, при помощи префикса rep организуются циклы последовательной обработки на аппаратном уровне;
• lock – блокировка шины, которая связывает процессор с памятью и портами ввода-вывода.

Важно отметить, что префикс распространяется только на одну команду – ту, которая следует непосредственно за ним [7].

В общем случае формат команды состоит из операционной и адресной части (см. рисунок 10).

Рисунок 10 – Формат команды

Операционная часть хранит код выполняемой операции. Адресная часть хранит данные об адресах операндов, адресе результата выполнения команды, а также адрес следующей команды.

Современные ЭВМ поддерживают следующие форматы команд (см. рисунок 11):

• трехадресный;
• двухадресный;
• одноадресный;
• безадресный.

Рисунок 11 – Форматы команд ЭВМ: а – трехадресный; б ‑ двухадресный; в – одноадресный; г – безадресный

Здесь КОП – код операции, а А_i – адрес операнда (результата).

Важным параметром команды является способ адресации, задачей которого является определение каким именно образом необходимо использовать информацию, хранящуюся в поле адреса команды.

В современных ЭВМ выделяют пять способов адресации:

• прямая – адресное поле команды хранит непосредственно адрес операнда. Частным случаем прямой адресации является прямая регистровая адресация, при которой адресуется не ячейка памяти, а один из регистров общего назначения;
• непосредственная – адресное поле команды хранит сам операнд, а не его адрес;
• относительная – адрес вычисляется как сумма двух элементов – базы, располагающейся в специальном регистре или в одном из регистров общего назначения, и смещения, которое задается в адресном поле команды. Частным случаем такой адресации является индексная адресация, предполагающая наличие индексного регистра вместо базового. При каждом обращении содержимое индексного регистра автоматически увеличивается или уменьшается на единицу;
• косвенная – адресное поле команды хранит адрес той ячейки памяти, где расположен адрес операнда. Частным случаем косвенной адресации является косвенно-регистровая адресация, при которой адресное поле хранит адрес одного из регистров общего назначения;
• безадресная - команда не содержит адресного поля, адрес операнда не имеет смысла или же подразумевается по умолчанию. В большинстве случаев такие команды работают с содержимым аккумулятора [4].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках выполнения данной работы были рассмотрены основные понятия, относящиеся к ЭВМ, приведены технические средства ЭВМ:

• центральный процессор (ЦП);
• оперативная память (ОП);
• внешние устройства (ВУ):
• процессоры ввода/вывода (ПВВ).

В первой главе описывается эволюция поколений, а именно:

• нулевое поколение (1492-1945 гг.) – эра механических реле;
• первое поколение (1937 – 1953 гг.) – эпоха электронно-вакуумных ламп;
• второе поколение (1954-1962 гг.) – появление полупроводниковых транзисторов и диодов;
• третье поколение (1963-1972 гг.) – переход к интегральным схемам;
• четвертое поколение (1972-1984 гг.) – использование интегральных схем сверхбольшой степени интеграции;
• пятое поколение (1984-1990 гг.) – распараллеливание вычислений;
• шестое поколение (с 1990 г.) – разработка систем с массовым параллелизмом.

Кроме того, в первой же главе описаны основные принципы построения современных ЭВМ, которые называются принципами фон Неймана:

• принцип программного управления;
• принцип условного перехода;
• принцип размещения программы в памяти;
• принцип иерархии памяти;
• принцип двоичной системы счисления [2].

Вторая глава посвящена устройству центрального процессора. В ней описывается состав и микроархитектура современного ЦП, виды процессоров:

• CISC – архитектура процессора с полным набором инструкций;
• RISC – вычисления с сокращенным набором команд;
• VLIW – архитектура, основанная на очень длинных командах;
• MISC – процессоры, работающие с минимальным набором длинных команд [19].

Кроме того, подробно описаны форматы команд и виды адресации.

БИБЛИОРАФИЯ

1. Алиев Т.И. Сети ЭВМ и телекоммуникации. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2012. – 400 с.
2. Беляев М.А. Основы информатика: учебник для вузов. - Ростов н/Д: «Феникс», 2013. – 247 с.
3. Бордаченкова Е.А. Модельные ЭВМ: Учебное пособие для студентов 1 курса. – М.: Издательский отдел факультета ВМиК МГУ имени М.В. Ломоносова; МАКС Пресс, 2012. – 60 с.
4. Буняева Е.В. Организация ЭВМ и систем: метод. пособие для выполнения лабораторных работ; Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2013. – 51 с.
5. Вайцман И. Vliw: старая архитектура нового поколения. Платформа ПК № 10, 2013.
6. Грошев А.С. Информатика: учеб. для вузов – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ДМК Пресс, 2015. – 588 с.
7. Довгий П.С. Прикладная архитектура базовой модели процессора Intel. Учебное пособие по дисциплине «Организация ЭВМ и систем». – СПб.: НИУ ИТМО, 2012. – 115 с.
8. Есипов М.А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. – СПб.: Издательство Санкт-Петербургского университета управления и экономики, 2012. – 196 с.
9. Киреева Г.И. Основы информационных технологий. Учебное пособие/ Г.И. Киреева, В.Д. Курушин, А.Б. Мосягин, Д.Ю. Нечаев, Ю.В. Чекмарев. – М.: ДМК Пресс, 2013. – 272 с.
10. Коленченко О. Эволюция процессоров. Часть 4: архитектура RISC и развитие индустрии в 1990-е годы. Ferra № 7, 2014.
11. Коленченко О. Я - русский! Обзор архитектуры отечественного процессора «Эльбрус-4С». Ferra № 5, 2014.
12. Орлов С.П. Организация компьютерных систем: Учебное посообие / С.П. Орлов, Н.В. Ефимушкина. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2012. – 203 c.
13. Павлов В.А. Периферийные устройства ЭВМ. Учебное пособие: Часть 1. СарФТИ, Саров, 2012. – 231 с.
14. Пятковский Ю. Процессоры ARM: особенности архитектуры, отличия и перспективы. ITCua № 3, 2013.
15. Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. Практикум: учеб. пособие для нач. проф. образования / Н.В. Струмпэ, В.Д. Сидоров. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 160 с.
16. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 6-еизд. – СПб.: Питер, 2013. – 816 с.
17. Хофманн М. Микроконтроллеры для начинающих: Пер. с нем. – СПб.: БХВ-Петербург, 2013. – 304 с.
18. Цилькер Б.Я. Организация ЭВМ и систем : Учебник для вузов / Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов. - 2-е изд. - СПб.: Питер, 2012. - 688 с.

Электронные ресурсы:

1. Архитектура процессоров (CISC, RISC, MISC). [Электронный ресурс] URL: http://www.wikiznanie.ru/b/index.php/Архитектура_процессоров(CISC,_RISC,_ISC). (дата обращения 12.10.2019)
2. ЭВМ с нетрадиционной архитектурой. Общие принципы построения. Сравнительные характеристики. [Электронный ресурс] URL: http://studopedia.org/8-107977.html (дата обращения 12.10.2019)