Архитектура ЭВМ
Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.
Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.
Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке.
Положения Джон Фон Неймана:
- Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода).
- Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти.
- Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками).
- Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме
- Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве.
- Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода.
Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы – требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.
Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.
Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.
Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.
Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.
Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК.
ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.
В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер и т.д.
В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в устройстве управления.
Задание на СРС:
1. Изучить теоретический материал.
Форма контроля – рефераты, 10 стр. Сроки сдачи – на следующей неделе.
Задание на СРСП:
1. Представление информации в компьютере.
2. Кодирование сообщения в двоичном коде.
Контроль выполненного задания состоится на занятиях СРСП (по расписанию занятий).
Контрольные вопросы:
А. Для письменного контроля:
1. Какие основные классы компьютеров вам известны?
2. В чем состоит принцип действия компьютеров?
3. Из каких простейших элементов состоит программа?
4. Перечислите главные устройства компьютера?
5. Опишите функции памяти и функции процессора.
6. Назовите две основные части процессора. Каково их назначение?
7. Что такое регистры?
8. Сформулируйте общие принципы построения компьютеров.
9. Какие архитектуры называются фон-неймановскими?
10. Что такое команда? Что описывает команда?
11. Приведите примеры команд одноадресных, двухадресных, трехадресных.
12. Перечислите распространенные компьютерные архитектуры.
Б. Для компьютерного тестирования:
Основной класс компьютеров, обрабатывающий данные в виде числовых двоичных кодов
A) цифровой компьютер
B) цифро-аналоговый компьютер
С) аналоговый компьютер
D) SoftWare
E) HardWare