В основу работы компьютера были положены принципы Джона фон Неймана.
Принципы Джона фон Неймана
В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского происхождения Джоном фон Нейманом.
Ø Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов. Принцип двоичного кодирования.
Ø Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Ø Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Ø Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.
Рассматривая современную архитектуру ПК, необходимо разобрать основные характеристики устройств компьютера и записать их в тетрадь.
Процессор – техническое устройство, управляющее вычислительным процессом и координирующее работу всех устройств компьютера. Микросхема, реализующая функции центрального процессора ПК, называется микропроцессором. Микропроцессор состоит из АЛУ, УУ и регистров для временного хранения информации. АЛУ отвечает за обработку данных. В каждый момент времени считывается отдельная команда и в регистрах временной памяти сохраняется адрес, с которого была считана информация. Данные считываются из оперативной памяти, и после выполнения необходимых действий измененное значение возвращается обратно в память. Координацию взаимодействия различных устройств компьютера осуществляет УУ через оперативную память.
Характеристики процессора:
Ø разрядность (число одновременно обрабатываемых битов, машинных слов (8, 16, 32, 64 бита));
Ø тактовая частота (количество выполняемых операций в секунду);
Ø производительность (быстродействие компьютера, зависит от разрядности и тактовой частоты).
Магистраль (системная шина) – осуществляет взаимодействие между процессором и устройствами компьютера. По шине осуществляется передача информации, адресация устройств, обмен служебными сигналами.
Магистраль: шина данных, шина адреса, шина управления.
Через магистраль осуществляется взаимодействие процессора с оперативной памятью:
1) процессор устанавливает на шине адреса адрес ячейки памяти, которую хочет прочитать;
2) на шине управления выставляется сигнал готовности и сигнал чтения;
3) заметив сигнал готовности, все устройства проверяют, не стоит ли на шине адреса их адрес;
4) оперативная память, заметив, что выставлен её адрес, считывает управляющий сигнал;
5) память читает адрес;
6) память выставляет на шине данных требуемую информацию;
7) память выставляет на шине управления сигнал готовности;
8) процессор читает данные с шины данных.
Контроллеры – специальные платы, расположенные между магистралью и периферийными устройствами, которые вставляются в разъемы на материнской плате, а к их портам подключаются дополнительные устройства. Контроллер декодирует сигнал от процессора к устройствам, т.е. преобразует сигнал в вид, понятный пользователю.
Порты – контакты (разъемы), находящиеся на контроллерах, и выведенные на тыльную сторону системного блока. Используются для подключения устройств ввода, вывода. Различают последовательные и параллельные порты. Параллельный порт LPT1, LPT2, LPT3 (на близкое расстояние) – принтер, сканер. Последовательный порт от COM1 до COM4 (на большие расстояния) – манипуляторы, модем и т.д.
Устройства ввода и устройства вывода – переводят информацию с языка, понятного пользователю, в машинный код, и наоборот соответственно. Управляются с помощью специальных программ, называемых драйверами.
5. Подведение итогов урока.
ü описание архитектуры компьютера предполагает рассмотрение функционального назначения устройств без какой-либо технической конкретизации;
ü выполнение заданных функций каждым устройством позволяет функционировать системе в целом;
ü управление компьютером осуществляется благодаря процессору, который обрабатывает команды заданной программы;
ü для долговременного хранения информации используются устройства внешней памяти;
ü для ускорения работы компьютера используется внутренняя память, созданная для быстрого доступа.