Архітектура та програмне забезпечення комп’ютера
2.1. ПРИНЦИП ВИКОНУВАНОЇ ПРОГРАМИ.
Концепція комп’ютера базується на принципі виконуваної програми і може бути сформульована наступним висловлюванням: “прилад, який може маніпулювати даними у відповідності із заданою послідовністю інструкцій”. Для збереження даних та послідовності інструкцій зазначений принцип передбачає наявність спеціального функціонального блоку –оперативної пам’яті. Для виконання інструкцій призначена спеціальна електронна схема – процесор (мікропроцесор). Кожна інструкція фактично є однією із множини виконуваних мікропроцесором команд, які становлять його операційний ресурс (систему команд). Операційний ресурс сучасних мікропроцесорів становить 100 – 400 команд.
Процес вирішення завдання фактично є описом послідовності елементарних дій над даними, реалізація яких приводить до необхідного результату. Такий опис називається алгоритмом, а його реалізація в термінах системи команд мікропроцесора – програмою.
Процес виконання програми є послідовністю процесів виконання мікропроцесором кожної інструкції (команди) програми. Команди виконуються послідовно, в порядку їх розміщення в оперативній пам’яті; зміна послідовності виконання команд реалізується спеціальними інструкціями (командами переходів), тобто процес виконання програми регулюється самою програмою, а не мікропроцесором. Виконання кожної команди умовно поділяється на чотири етапи (мал.2.1.1.), а сам машинний код команди в пам’яті має жорстко визначений формат (мал.2.1.2.).
Команди програми розміщуються в пам’яті послідовно, займаючи суміжні комірки пам’яті; розмір пам’яті, необхідний для збереження коду команди, залежить від самої команди і, як правило, складає 1 – 15 байт.
Перший байт машинного коду команди називається кодом операції і присутній завжди; всі інші байти можуть бути присутніми або відсутніми в залежності від команди.
Байт адресації визначає спосіб формування адреси (номера комірки пам’яті) аргументів команди, а байт масштабування забезпечує доступ до масивів даних і містить в закодованому представленні розмірність елемента масиву та його номер. В якості операндів можуть виступати як безпосередньо вказані дані, так і адреси доступу до них; розмірність операндів може складати 8-32 біт (1-4 байт).
Виходячи з принципу виконуваної програми, структурна схема комп’ютера має вигляд:
Процесор (CPU – Central Processing Unit) є функціональним блоком, який реалізує виконання програми шляхом поступового читання з пам’яті та наступного виконання кожної з її команд.
Пам’ять призначена для зберігання кодів команд програми та даних в процесі їх обробки.
Перед початком обробки програма та оброблювані підлягають занесенню до пам’яті, що реалізується зовнішніми (периферійними) пристроями при посередництві пристроїв вводу-виводу. Останні забезпечують обмін даними між комп’ютером та периферійними пристроями.
На схемі (мал.2.1.3.) широкими стрілками зазначені інформаційні зв’язки між структурними елементами, тобто можливі шляхи транспортування інформації, а тонкі стрілки відображають зв’язки керування та підзвітності пристроїв.
2.2. АРХІТЕКТУРА КОМП’ЮТЕРА.
Сучасні комп’ютери побудовані за модульним принципом. Це означає, що вони складаються з окремих блоків – модулів, які певним чином сполучені між собою з метою забезпечення їх взаємодії; кожен з блоків виконує специфічні функції відповідно до свого функціонального призначення. Ланкою, яка забезпечує взаємодію модулів комп’ютера, є системна магістраль – сукупність ліній електричного зв’язку, які сполучають однойменні контакти всіх модулів.Кожна лінія магістралі має своє жорстко встановлене функціональне призначення, сигнали на лініях мають визначені електричні та часові параметри. Електричні параметри сигналів магістралі, правила їх формування та часова залежність між ними називаються інтерфейсом магістралі. Очевидно, що для успішної співпраці всіх модулів в комп’ютерній системі, останні повинні функціонувати за правилами магістралі, тобто мати єдиний інтерфейс.