Zasada działania nowoczesnych komputerów pozostał niezmienna od czasów powstania pierwszych maszyn. Przykładem prostego komputera i zarazem prostego przedstawienia zasad działania komputerów jest maszyna W.
Maszyna W jest zbudowana w architekturze Von-Neumana tzn. Jest to urządzanie zdolne do automatycznej realizacji algorytmu (programu). Program jest uporządkowanym zbiorem rozkazów umieszczonych w pamięci operacyjnej realizowanym sekwencyjnie przez procesor. Każdy rozkaz zapisywany jest w jednym słowie maszynowym i podaje kod rozkazu czyli zaszyfrowaną nazwę operacji, którą należy wykonać. Argumentem (lub argumentami) dla rozkazu jest adres w pamięci.
Budowa Maszyny W.
Maszyna składa się z pamięci (PaO) w której znajdują się dwa rejestry: adresowy (A) i słowowy (S), w rejestrze S przechowywane są dane do zapisu i odczytu w postaci słowa. Rejestr A służy do podania adresu komórki pamięci, w której ma być zapisany (pobrany) argument lub rozkaz. Pamięć posiada dwa sygnały sterujšce: odczyt i zapis. Pamięć jest połączona z jednostką arytmetyczno logiczna (JAL) za pomocą magistrali słowowej. JAL posiada dodatkowe rozkazy tj. dod (dodawanie), ode (odejmowanie), oraz prze (przesuniecie danej na akumulator). Akumulator również jest częścią JAL przechowywane są w nim wyniki operacji wykonanych w jednostce arytmetyczno logicznej. Akumulator posiada znacznik Z, który informuje czy liczba przechowywana w akumulatorze jest liczba dodatnia czy ujemną, znacznik Z przyjmuje wartość jeden gdy liczba jest ujemna lub zero gdy dodatnia. Kolejnym elementem maszyny W jest licznik rozkazów oraz rejestr instrukcji. Licznik umożliwia prace sekwencyjną przechowywany jest w nim adres kolejnego rozkazu, po wykonaniu rozkazu licznik zwiększa swoją wartość o jeden, jest on połączony z magistralą adresową.
W rejestrze instrukcji przechowywane są adresy lub argumenty rozkazów, rejestr ten jest połączony z magistralą słowową oraz adresową.
Z tych kilku elementów zbudowana jest maszyna W, może ona być rozbudowana o dodatkowe urządzenia takie jak:
* urządzenia wej/wyj
* rejestr przerwań, zgłoszeń przerwań
* rejestr maski przerwań
* rejestry pomocnicze i ogólnego przeznaczenia
* dodatkowa magistrala łącząca dwie magistrale S i A
* jednostka arytmetyczno logiczna także może zostać rozbudowana o dodatkowe rozkazy: and, or, not, xor
W powyższym tekście pokazałem w dużym uproszczeniu budowę maszyny W, symulatora prostego komputera.
Do czego może służyć maszyna W?
Przede wszystkim do pokazania mechanizmów działania prostego komputera oraz nauki podstaw asemblera. Oprócz powyższych zalet maszyna W oferuje możliwość pisania własnych rozkazów oraz programów, lecz jest to urządzenie abstrakcyjne. Program jakim jest maszyna W pozwala zrozumieć w prosty sposób na czym polega praca współczesnych komputerów bez zagłębiania się w tony dokumentacji oraz skomplikowane emulatory.
Zamieszczam krótki opis trudniejszych terminów :
algorytmem - nazywamy uporządkowany zbiór operacji, taki, że po ich wykonaniu otrzymuje się rozwišzanie dowolnego zadania;
słowo maszynowe - podstawowa ilość informacji na której operuje system komputerowy;
sekwencyjne wykonywanie rozkazów - rozkazy wykonywane sš po kolei jeden po drugim następny zaczyna się jak skończy się poprzedni;
and, or, not - operacje logiczne kolejno iloczyn, suma , negacja;