Для студентов группы 1ТЭО-18 на 19.10.2020г.
Выполнить до 26.10.2020г.
Адрес обратной связи для студентов
Электронная почта преподавателя: viktor-lebedintsev@mail.ru
Страница ВК: Виктор Лебединцев
Задание:
1. Ознакомиться с материалом лекции.
2. Перейти по ссылке и посмотреть видео
(«Принципы ЭВМ Дж. фон Неймана)
https://www.youtube.com/watch?v=TegyeP5B_sU
3. Ответить на контрольные вопросы. Ответы оформить в текстовом редакторе Word и выслать мне на электронную почту. Ответы должны быть краткие, лаконичные, по существу вопроса.
Лекция №
Тема: «Архитектура и структура ЭВМ. Общая характеристика персонального компьютера»
План
I. Архитектура и структура ЭВМ
II. Общая характеристика персонального компьютера
І. Архитектура и структура ЭВМ
Вначале развития информационных технологий широко использовался термин «ЭВМ».
Электронная вычислительная машина (ЭВМ) – это совокупность технических и программных средств, предназначенных для выполнения различных арифметических, логических и аналитических задач.
Впоследствии, когда стало понятно, что возможности вычислительных машин не ограничиваются только вычислениями и расчётами, более распространённым стал термин «компьютер» (хотя в сущности это одно и то же, так как слово «компьютер» происходит от лат. computo – считаю, вычисляю)
Архитектура ЭВМ – это логическая организация вычислительной машины, которая определяет набор качеств вычислительной машины, влияющих на её взаимодействие с пользователем. Она определяет принципы организации вычислительной системы и функции центрального вычислительного устройства, но не отражает то, как эти принципы реализуются внутри ЭВМ.
В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип (рис. 1). Модульная организация позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и при необходимости производить её модернизацию.
Функционирование ПК опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами. Магистраль включает в себя три многоразрядные шины, представляющие собой многопроводные линии.
Рис. 1. Магистрально – модульное устройство компьютера
1. Шина данных, по которой данные передаются между различными устройствами в любом направлении (например, данные из оперативной памяти могут быть переданы процессору для обработки, а затем обработанные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память).
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора – количеством двоичных разрядов, которое процессор обрабатывает за один такт. По мере развития компьютерной техники разрядность процессоров постоянно увеличивалась от 4 до 64 бит.
2. Шина адресов, по которой адреса передаются в одном направлении от процессора к устройствам памяти (оперативной и другой). Каждое устройство и ячейка памяти имеет свой адрес, а процессор осуществляет выбор устройства и ячейки памяти, откуда считываются или куда пересылаются данные по шине данных.
Разрядность шины адресов определяется адресным пространством процессора – количеством ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. По мере развития компьютерной техники адресное пространство процессора постоянно увеличивалось от 8 до 36 бит (позволяет адресовать 64 гигабайт памяти).
3. Шина управления, по которой передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали (считывание или запись информации из памяти) и синхронизирующие этот обмен.
Признаком совместимости (тождественности) архитектуры компьютеров является возможность выполнения любой программы в машинном коде, разработанной для одного компьютера, на другом компьютере с получением одинаковых результатов, хотя время выполнения программ при этом может существенно отличаться.
В 1945 г. американский математик Джон фон Нейман сформулировал 3 общих принципа, которые положены в основу построения подавляющего большинства компьютеров.
1. Принцип программного управления. Компьютер работает только под управлением программ. Программа состоит из набора команд, автоматически выполняющихся процессором в определённой последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счётчика команд. Счётчик команд – это регистр процессора, который последовательно увеличивает хранимый в нём адрес очередной команды (на длину команды). Так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же после выполнения команды нужно перейти не к следующей, а к какой-либо другой, то используются команды условного или безусловного перехода, которые заносят в счётчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп». Таким образом, процессор выполняет программу автоматически без вмешательства человека.
2. Принцип однородности памяти – программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти (число, текст или команда). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей, например, в процессе своего выполнения программа также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых её частей (так организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции – перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на конкретный машинный язык.
3. Принцип адресности – основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек, каждая из которых доступна процессору в произвольный момент времени. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы впоследствии можно было обращаться к запомненным в них значениям или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имён.
Кроме компьютеров, построенных на перечисленных принципах Джон фон Неймана, также существуют принципиально отличающиеся от них машины. Например, может не выполняться принцип программного управления (они могут работать без счётчика команд) или принцип адресности (необязательно давать имя какой-либо переменной, хранящейся в памяти, для обращения к ней)
Структура компьютера
Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав и принципы взаимодействия входящих в него компонентов.
Любая ЭВМ для выполнения своих функций должна иметь минимальный набор (5) функциональных блоков, составляющий классическую структуру ЭВМ:
1) устройство ввода исходных данных;
2) запоминающее устройство (память) для хранения информации;
3) арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое обеспечивает выполнение арифметических и логических операций;
4) устройство вывода результатов;
5) устройство управления (УУ), которое обеспечивает работу всех устройств ЭВМ сообща и заставляет все устройства выполнять необходимые действия в нужные моменты
Базируясь на тех же принципах, современные компьютеры имеют 3 отличия, обусловленные развитием компьютерной техники:
1) два центральных устройства (арифметико-логическое устройство и устройство управления) объединены в единый блок – центральный процессор;
2) запоминающее устройство представлено большим числом уровней (не только внутреннее и внешнее запоминающие устройства, как это было в старых моделях ЭВМ);
3) разнообразнейший арсенал устройств ввода и вывода данных