СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ. ПРИНЦИПЫ НЕЙМАНА

Обычно компьютер ассоциируется с некоторым "электронным ящиком", набором миниатюрных электронных схем, т.е. совокупностью технических элементов.

Структура ПЭВМ представляет собой абстрактную модель, которая устанавливает состав, порядок и принципы взаимодействия основных функциональных частей ЭВМ без учета их конкретной реализации. Структура ЭВМ, основанная на принципе программного управления и хранимой в памяти программы, была предложена американским математиком Джоном фон Нейманом (1903 - 1957).

Он сформулировал следующие принципы устройства и работы вычислительных машин:

§ ЭВМ должна создаваться на электронной основе и работать в двоичной системе счисления.

§ В состав ЭВМ должны входить АЛУ, центральное устройство управления, запоминающие устройства (в том числе ОЗУ для данных и команд и связанное с ним ВЗУ большой емкости), устройства ввода данных и вывода результатов.

§ Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

§ Программа для ЭВМ хранится в оперативной памяти машин вместе с данными.

Рассмотренные принципы были реализованы практически во всех компьютерах 60-х - 80-х годов. И в настоящее время большинство компьютеров, в том числе и персональные, имеет «неймановскую» архитектуру.

Согласно «неймановской» архитектуре ЭВМ могут отличаться друг от друга конструктивным исполнением, быстродействием, точностью, но все они содержат пять основных функциональных устройств:

1. арифметическо-логическое устройство (АЛУ);

1)Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - функциональная часть процессора, выполняющая арифметические (например сложение и умножение) и логические действия (например сравнение, инверсия) над данными и предназначена для выполнения арифметических и логических операций над кодами чисел и команд. Арифметические операции могут выполняться последовательно или параллельно. В соответствии с этим могут быть машины параллельного или последовательного действия. В настоящее время наибольшее распространение получили ЭВМ параллельного действия.

2)Устройство управления (УУ) обеспечивает синхронное взаимодействие всех устройств ЭВМ в процессе выполнения следующих основных функций: ввода в машину программы и исходных данных; выбора команд программы из запоминающего устройства для последовательного выполнения необходимых операций; выбора стандартов из запоминающего устройства, выполнения над ними необходимых операций и записи полученного результата в запоминающее устройство по заданному адресу; выдачи из машины полученных результатов вычислений; контроля и ручного управления работой машины со стороны оператора.

Таким образом, оно руководит последовательным выполнением программы обработки данных, записанной в памяти ПК, координирует действия всех узлов машины. При этом УУ не только рассылает приказы, но и получает информацию о результатах их выполнения. Это самое сложное и дорогое устройство компьютера.

Совокупность устройств ЭВМ, включающих: Арифметико-логическое устройство и устройство управления составляют совместно центральный процессор.

Процессор - основная часть ЭВМ, непосредственно осуществляющая процесс обработки данных и управляющая ее работой.

Команды с клавиатуры или от других источников ввода поступают непосредственно в процессор, который распознает и выполняет их, выдает результаты своей работы или пересылает их в память машины, либо делает то и другое одновременно.

Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой большую интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функциипроцессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

3) Запоминающие устройства (ЗУ) Основной функцией запоминающих устройств (памяти ЭВМ) является хранение программ и данных, необходимых для решения задачи, а также промежуточных и окончательных результатов вычислений.

Пользователя ЭВМ интересуют прежде всего такие характеристики, как емкость памяти и ее быстродействие.

Емкость памяти определяется максимально возможным количеством кодов чисел и команд определенной разрядности, которые могут одновременно храниться в запоминающем устройстве.

Быстродействие памяти характеризуется временем, которое необходимо для поиска (выборки), записи или считывания данных (время доступа к памяти).

Эти две характеристики взаимопротиворечивы (увеличение емкости может привести к снижению быстродействия), поэтому для удовлетворения требований высокого быстродействия и большой емкости памяти в ЭВМ включается набор запоминающих устройств, построенных на различных физических принципах.

В ЭВМ всегда имеется не менее двух типов ЗУ: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и внешнее запоминающее устройство (ВЗУ).

Оперативное запоминающее устройство используется непосредственно при выполнении операций вычислительного процесса и имеет сравнительно небольшую емкость. Его главное достоинство — высокое быстродействие (время доступа — десятки и сотни наносекунд), которое достигается за счет прямого доступа к регистрам памяти.

Это реализуется чисто электронным способом. Недостатки — относительно высокая стоимость и энергозависимость: при выключении ЭВМ все данные, хранящиеся в ОЗУ, пропадают.

Внешнее запоминающее устройство предназначено для хранения промежуточных результатов, участков программ и массивов, исходных данных, не уместившихся в ОЗУ; ВЗУ обладает сравнительно невысокой скоростью работы (время доступа — микросекунды, десятые доли секунды и даже десятки секунд). При этом емкость памяти практически не ограничена. Этот вид памяти может обеспечивать прямой доступ (магнитный диск) или последовательный доступ (магнитная лента) к данным. В любом случае реализация доступа является не чисто электронной, а электронно-механической, поэтому быстродействие во много раз ниже, чем у ОЗУ; ВЗУ является энергонезависимым устройством.

Кроме ОЗУ и ВЗУ в ЭВМ используются и другие виды памяти, в частности постоянная память (ПЗУ) — часть основной памяти, размещаемая в электронном устройстве, обеспечивающем постоянное хранение данных. В этом случае вместе с преимуществами оперативной памяти (быстродействие, прямой доступ), обеспечивается одно из важнейших преимуществ внешней памяти — энергонезависимость.

4) Устройство ввода информации (УВв) предназначено для ввода в память машины программы и исходных данных решаемой задачи. Разнообразие способов ввода информации определяет многообразие технических средств ввода.

· - клавиатура (служит для ввода алфавитно-цифровых данных, а также команд управления);

· - ручка управления (служит для перемещения изображения, линии, слова или курсора по экрану дисплея);

· - графический планшет (устройство, напоминающее грифельную доску и ручку, предназначенное для выполнения графического изображения на экране дисплея);

· - световое перо (предназначено для введения графической и световой информации непосредственно на экран монитора);

· - мышь (манипулятор для ввода информации в компьютер посредством перемещения курсора.);

· - устройство считывания штриховых знаков (специальное устройствопредназначенное для ввода числовой информации в ЭВМ через штриховой код.);

· - устройство распознавания речи и звуков (различные аудио приборы – микрофон);

· - сканер (устройство для считывания графической и текстовой информации в компьютер).

· Видио- или Веб-камера (малоразмерная цифровая видео- или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи в ЭВМ);

5) Устройства вывода (УВыв) служат для вывода окончательных или промежуточных результатов вычислений ЭВМ.

§ Дисплей/монитор (устройство визуального представления данных.);

§ Проектор (устройство визуального представления данных.)

§ принтер (предназначен для вывода текстовой и графической информации на бумагу);

§ плоттер (графопостроитель) (предназначен для вывода для вывода специализированной графической информации на бумагу);

Устройства ввода - вывода играют в составе ЭВМ важную роль, поскольку они обеспечивают связь человека с вычислительной машиной. Вместе с тем эти устройства являются наиболее узким местом современных ЭВМ в основном из-за их низкой надежности, уступающей надежности работы процессора. Это объясняется тем, что устройства ввода - вывода имеют в своем большинстве механически перемещающиеся узлы, кнопки, клавиши и т.п. Кроме того, они существенно медленнее, чем процессор.

Многие из устройств ввода - вывода выполняют функции как ввода, так и вывода информации. В качестве таких устройств широко используют дисплеи, электрифицированные пишущие машинки, реже телетайпы. С их помощью можно осуществить непосредственный ввод буквенно-цифровой информации в машину путем набора ее на клавиатуре. В процессе вывода машина автоматически печатает выводимую информацию на рулонной бумажной ленте в удобной для оператора форме.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: