Транзистор — это электронный ключ, включение и
Выключение которого производится с помощью
Электричества
Вентиль "НЕ"
В качестве "строительных" кубиков в ЭВМ исполь-
Зуются более крупные элементы - вентили, состо-
Ящие из транзисторов
Самым простым вентилем является вентиль "НЕ":
выход = не вход
Сумматор
Сумматор – это логическая схема, способная складывать
Два одноразрядных двоичных числа с
Переносом из предыдущего разряда
Процессор
Обработку информации в ЭВМ производит процессор, который может выполнять простой набор команд:
- арифметические операции (+,-,*,/);
- операции отношения (>, <, =, <>);
- логические операции (не, и, или);
- считать/записать данные в память/из памяти;
- перейти к заданной команде.
Эти команды выполняются специальными электронными схемами, состоящим из десятков и сотен тысяч вентилей
Характеристики процессора
Разрядность процессора — количество бит одновременно, обрабатываемых командой процессора: 8, 16, 32 или 64 бита
Быстродействие процессора — число выполняемых команд в секунду: 109-1010 команд/сек
Быстродействие и разрядность определяют объем информации, перерабатываемой ЭВМ в единицу
Времени
Элемент памяти - триггер
Для хранения одного бита используется электронная схема, называемая триггером
Память
Память состоит из большого количества триггеров
Для хранения 8 бит информации нужно 8 триггеров. Для хранения 1Гбайт информации требуется примерно 1010 триггеров
В памяти ЭВМ запоминающие элементы объединяют в группы из нескольких (8, 16, 32, 64) бит - ячейки памяти
Операции чтение-запись выполняются с целой ячейкой, а не с отдельными запоминающими элементами
Память можно рассматривать как непрерывную ленту ячеек памяти, где каждая ячейка имеет свой номер (адрес)
Выводы
Основные элементы ЭВМ — процессор и память — состоят из миллионов электронных ключей
Электрические схемы процессора позволяют выполнять арифметические и логические операции над последовательностями нулей и единиц
Электрические схемы памяти позволяют запоминать последовательности нулей и единиц, а затем их извлекать
В процессе выполнения программы процессор постоянно извлекает последовательности нулей и единиц из памяти, выполняет их обработку и снова записывает в память
Структура и принципы функционирования машины фон Неймана
В 1946 году Д. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Беркс в своей совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. В последствие на основе этих принципов производились первые два поколения компьютеров. В более поздних поколениях происходили некоторые изменения, хотя принципы Неймана актуальны и сегодня.
По сути, Нейману удалось обобщить научные разработки и открытия многих других ученых и сформулировать на их основе принципиально новое.
Принципы фон Неймана
1. Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто.
2. Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием.
3. Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.
4. Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании.
5. Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода.
Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.
Для сравнения, программа компьютера ENIAC (где не было хранимой в памяти программы) определялась специальными перемычками на панели. Чтобы перепрограммировать машину (установить перемычки по-другому) мог потребоваться далеко не один день. И хотя программы для современных компьютеров могут писаться годы, однако они работают на миллионах компьютеров после несколько минутной установки на жесткий диск.