АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЦВМ
- система функциональных средств и принципов, на которых базируется процесс переработки информации в ЦВМ на уровнях операций над словами и над более крупными единицами информации. Алгоритмы, относящиеся к компонентам А. с. ЦВМ, в отличие от вводимых алгоритмов (программ), выполнением которых они управляют, фиксируются в машине структурным способом, т. е. входят в состав математического обеспечения ЦВМ внутреннего.
А. с. ЦВМ может быть описана с различной степенью детализации. Наиболее детальному описанию соответствует схема машины, составленная
из блоков, выполняющих операции над отд. словами, т. е. блоков типа регистров, счетчиков, сумматоров, дешифраторов, а также управляющих автоматов, в виде простых композиций этих блоков. Наименее детализируемым уровнем, связанным с системой организации вычисл. процесса в ЦВМ, является т. н. архитектура машины. Эта архитектура определяется осн. принципами переработки информации на уровне операций над массивами и задачами в целом (типа «ввести массив», «решить задачу» и т. п.). К структурным единицам архитектуры (применительно к машине высокого класса) относятся: центральный процессор, предназначенный для задаваемой обработки информации, система запоминающих устройств, системы устройств ввода и вывода, включая выносные пульты и вспомогательные процессоры для управления, обменом информации, первичной обработки вводимой информации и надлежащего оформления выводимых результатов.
Вспомогательные процессоры иногда конструктивно вписываются в состав центр, процессора либо вообще отсутствуют, т. е. указанные функции центр, процессор выполняет в разрывах процесса заданной обработки информации. С др. стороны, в состав центр, процессора может входить ряд одновременно работающих устройств переработки информации, возможно, с различным функциональным назначением (такой процессор наз. иногда мультипроцессором).
Осн. понятия, которыми характеризуют А. с. ЦВМ, делят на две группы: 1) представление задач; 2) организация вычисл. процесса.
1-я группа составляет программный уровень внутреннего языка машины, на котором выражены выполняемые ею задания, а
2-я группа определяет, каким образом в машине будут реализованы задания, формулируемые пользователем.
К 1-й группе относятся следующие характеристики: структура машинных слов, система счисления, способ учета порядка, система операций, структура командных слов, структура программного уровня внутр. языка, способ представления рабочей (интерпретируемой и исполняемой) программы-, 2-я группа объединяет следующие характеристики: способ трансляции исходной программы, методику выполнения машинных операций, систему структурной интерпретации (включая управление операциями), структуру памяти ЦВМ и систему размещения информации, систему контроля, систему ввода и вывода информации, систему совмещения процессов обработки информации, систему обслуживания пользователей (взаимодействия машины с операторами), систему общего управления вычислительным процессом.
Существует ряд значений характеристик А. с. ЦВМ. Машинные слова по их структуре делят на два класса: не разделенные на символы и разделенные на символы. Коды символов имеют значения букв либо недвоичных цифр и состоят из двоичных разрядов. Разделение на символы ведут непосредственным доступом к каждому из них. Система счисления обычно применяется двух видов — двоичная и двоично-десятичная с тем или иным способом кодирования десятичных цифр. Второй вид системы счисления сочетается с символьной структурой машинных слов. Среди различных способов учета порядков 
четко выделяются два главных — с «плавающей» запятой (т. е. с указанием ее места) и с запятой, фиксированной перед первым, старшим разрядом, причем первый способ преобладает в универсальных, а второй — в специализированны? машинах.
Система операций охватывает класс арифметических и логических операций над словами, а также и операций над строками, символами и разрядами, либо и более сложные операции типа встроенных стандартных процедур, состоящих из перечисленных базисных операций (элементарные функции, операции над кодами с повышенной разрядностью, над комплексными числами, матрично-векторные операции и т. п.). Существенное отличие всех стандартных процедур — запоминание в процессе их выполнения ряда результатов базисных операций (в качестве промежуточных), а для матрично-векторных операций, кроме того, многокомпонентность исходных данных. Помимо осн. операций по переработке информации, обусловленной методами решения задач, в системе операций предусматриваются и вспомогательные операции, которые готовят для основных операций исходные данные, определяют дальнейшие действия по программе и др. (например, вычисления адресов операндов).
Структура командных слов определяется в первую очередь к-вом адресов в слове, т. н. адресностью команды, и способом указания следующей команды. Кроме того, различаются жесткие операционноадресные и гибкие (предусматривающие различные классы командных слов) типы этих структур в языках ЦВМ внутренних, близкие к языкам программирования.
Структура программного уровня внутр. языка определяется его общей ориентацией либо на пользователя, записывающего программу на языке программирования, либо на исполнительную часть машины, которой требуется конкретизированная запись необходимых действий, предусмотренных алгоритмом задачи, в последовательности их выполнения. Последний тип соответствует традиционным внутр. языкам, первый тип — внутр. языкам, развитым в направлении сближения их с языками программирования. В данном случае структура внутр. языка обуславливается степенью его приближения к этим языкам. Общие свойства внутр. языков при большой степени их приближения к языкам программирования следующие: естественная запись выражений, зависимость содержания операционных знаков от контекста, условная адресация с помощью
символьного обозначения величин, развитая система машинных операций, охватывающая широкий класс стандартных процедур.
Способов представления рабочей программы существует несколько. Главные из них: представление в виде машинных кодов в памяти машины и в виде набора соединений на спец. коммутационной панели. Первый — доминирующий, второй встречается лишь в настольных, а также в некоторых специализированных машинах.
Различают два главных способа трансляции исходной программы — программный и структурный способы, причем второй характерен для машин с развитыми внутр. языками и микропрограммным управлением, ориентированным на применяемые языки программирования, а первый способ — для машин без такой ориентации. В одной и той же машине для различных языков программирования могут быть использованы различные способы трансляции.
Методика выполнения операций определяется в зависимости от требований к машине по быстродействию и аппаратурным затратам с учетом затрат времени на интерпретацию программы. Различают три осн. класса методов — последовательные, последовательно-параллельные и параллельные методы. В современных универсальных ЦВМ обычно применяются методы 2-го класса.
Система структурной интерпретации зависит от программного уровня внутр. языка машин и, в свою очередь, обуславливает его промежуточные микропрограммные уровни. В соответствии с этим выделяют развитые системы структурной интерпретации, которые, кроме подсистемы управления операциями, характеризуются наличием анализирующей части. Различают простые и многоступенчатые микропрограммные системы управления операциями. По способу действия они бывают системами централизованного, централизованно-автономного и автономного управления операциями с синхронным либо асинхронным временными циклами работы. Для больших и средних универсальных машин, как правило, характерны два последних способа с преимущественным использованием асинхронных циклов.
Структура памяти и система размещения информации определяется к-вом, назначением и взаимодействием запоминающих устройств в машине, способами обращения к ним, способами распределения памяти и адресации величин. Автомат, способы выполнения последних двух функций делятся на два класса — статическая реализация, т. е. заранее планируемая реализация этих функций, и динамическая — в ходе решения задач. Кроме того, различают типы программной и структурной систем размещения информации. Статические способы, как правило, связываются с программной реализацией в процессе трансляции, динамические — со структурной реализацией в процессе интерпретации.
Система контроля (текущего и диагностич.) определяется способами обнаружения неисправностей и разовых отказов в процессе решения задач, возможностью и способами автомат, коррекции ошибок, методикой диагностирования их причин и проведения контроля в процессе профилактики.
Система ввода и вывода информации определяется способами физ. перекодирования информации, к-вом и назначением вводных и выводных устр-в, структурой их связей с ЗУ и центр, процессором.
Система совмещения процессов обработки информации, свойственная высокопроизводительным машинам, определяется возможностями и способами совмещения во времени процессов решения задач, ввода исходных данных и вывода результатов вычислений. Перечисленное обеспечивается с учетом приоритета задач и эффективности загрузки устр-в машины. Наиболее развитые системы совмещения обеспечивают возможность распараллеливания каждого из указанных процессов за счет реализации соответствующих процессоров в виде агрегатов автономных одновременно работающих устройств. Мультипрограммный и мультипроцессорный способы обработки информации являются характерными видами совмещения процессов в больших ЦВМ, причем второй из них, как правило, включает и первый.
Система обслуживания пользователей определяется выбранной «технологией» работы с машиной. Различают два вида матем. эксплуатации машин — режим работы машины по полным крупным заданиям и режим «диалога» пользователя с машиной (либо режим их совместной работы как «интенсивного диалога»). Применительно к машинам с мультипрограммной обработкой информации, первый вид матем. эксплуатации машин связан с режимом пакетной обработки информации, а второй вид — с режимом разделения времени между пользователями. Возможно также совмещение этих двух осн. режимов. Организация связи пользователей с машиной и всего процесса ее работы выполняется операционными системами, различные виды которых соответствуют назначению машин и «технологии» их эксплуатации.
Система общего управления вычислительным процессом представляет собой принципы реализации операционной системы в машине. Различают программные, программно-структурные и структурные системы общего управления. У первых программы операционной системы выполняются на общем оборудовании, у остальных это обеспечивается частично или полностью спец. оборудованием. Последние два вида в большей степени соответствуют общей тенденции развития структур ЦВМ.
Набор значений (содержание) указанных характеристик определяет А. с. ЦВМ. На основе целесообразного сочетания типовых значений характеристик могут быть образованы типовые А. с. ЦВМ.
Лит.: Лебедев С. А., Мельников В. А. Общее описание БЭСМ и методика выполнения операций. М., 1959; Майоров С. А., Новиков Г. И. Структура цифровых вычислительных машин.Л., 1970; Анисимов Б. В., Четвериков В. Н. Основы теории и проектирования цифровых вычислительных машин. М., 1965 [библиогр. с. 480]; Каган Б. М., Каневский М. М. Цифровые вычислительные машины и системы. М., 1973 [библиогр. с. 666—672]; Папернов А. А. Логические основы цифровых машин и программирования. М., 1968 библиогр. с. 583—585]; Глушков В. М. [и др.]. Вычислительные машины с развитыми системами интерпретации. К., 1970 [библиогр. с. 254 — 257]; Глушков В. М. Синтез цифровых автоматов, М., 1962 [библиогр. с. 464—469]; Рабинович 3. Л. Элементарные операции в вычислительных машинах. К., 1966 [библиогр. с. 299—301]. 3. Л. Рабинович.
