Что прежде всего должен иметь компьютер по принципам фон неймана
Развитие вычислительной техники (техники вычислений), следуя общепринятой классификации, можно разделить на следующие этапы:
1. Ручной - с 50-го тысячелетия до н.э.
2. Механический - с средины 17-го века
3. Электромеханический - с 90-х года 19-го века
4. Электронный - с 40-х годов 20-го века.
При этом, хорошо зарекомендовавшие себя средства всех четырех этапов развития ВТ используются и в настоящее время.
Ручной период развития ВТ базируется на использовании для вычислений различных частей тела человека, в первую очередь пальцев, и для фиксации результатов счета различные предметы, например, счетные палочки, узелки, нанесение насечек.
* Пальцевой счет в десятичной или двенадцатиричной системе счисления (четыре пальца руки, в каждой по три фаланги - всего двенадцать).
* Узелковый счет у народов доколумбовой Америки.
* Счет с помощью группировки и перекладывания предметов (предшествовал появлению счет).
* Счет на счетах (Абак - первый развитый счетный прибор). Появились в 15 веке. Последняя попытка усовершенствовать счеты путем объединения их с таблицей умножения относится к 1921 году.
* Открытие логарифмов и логарифмических таблиц Дж. Непером в начале 17 века и внедрение счетных палочек и счетной доски Дж. Непера.
* Создание вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. 1623 г. - первая машина Шиккарда для выполнения арифметический операций над 6-разрядными числами. Она состояла из независимых устройств: суммирующего, множительного и записи чисел.
* Построенная в 1642 г. Блез Паскалем, машина механически выполняющая арифметические операции над 10-разрядными числами.
* Г.В. Лейбниц сконструировал первый арифмометр в 1673 г. Арифмометры получили широкое распространение, неоднократно модифицировались. К ним можно отнести: арифмометр Томаса (томас-машина), машину Болле, арифмометры Орднера и т.д. В связи с появление арифмометром появилась профессия - счетчик, т.е. человек считающий на арифмометре. В 1969 г. выпуск арифмометров в СССР достиг максимума (300 тыс.шт.). Полностью их смогли вытеснить только в 70-х годах 20-го века калькуляторы, элементной базой которых стали интегральные схемы.
* Попытка в первой половине 19 в. Чарльзом Бэббиджем построить универсальную вычислительную машину (аналитическую). Эта машина должна была использовать программы на п/картах. Беббидж разработал основные идеи построения аналитической машины, предназначенной для решения любого алгоритма, с использованием программного принципа управления. Это должна была быть чисто механическая машина, аналогичная ткацкому станку Жаккарда. Однако развитие техники того времени не позволило осуществить данный проект.
* Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США в 1887 г. с использованием идей Беббиджа и Джоккарда, Г. Холлеритом (табулятор Холлерита). Он использовался для переписи населения в России (1897 г.), США (1890 г.) и Канаде (1897 г.), для обработки отчетности на железных дорогах США, в крупных торговых фирмах.
* В 1941 г. Конрад Цузе построил аналогичную машину, с программным управлением и запоминающим устройством.
* В 1944 г. Айкен на предприятии фирмы IBM, с помощью работ Бэббиджа, построил аналитическую машину "МАРК-1" на электромеханическом реле. Скорость вычислений этой машины была в 100-крат быстрее арифмометра с электроприводом. Было создано несколько модификаций этой машины.
* В СССР в 1957 г. была построена релейная вычислительная машина (РВМ-1). Это был последний, крупный проект релейной ВТ. В этот период создаются машинно-счетные станции, которые являлись предприятиями механизированного счета.
* С 1943- 45 г. группа под руководством Мочли и Эккерта в США создает первую ЭВМ ENIAC на основе ЭКЕКТРОННЫХ ЛАМП. Это была универсальная машина для решения разного рода задач. Эта ЭВМ превосходила производительностью машину МАРК-1 в 1000 раз и была больше неё в 2 раза (вес- 30 т.). ENIAC содержала 18000 электронных ламп, 150 реле, 70000 резисторов, 10000 конденсаторов, потребляя мощность в 140 кВт. Но у нее не было памяти и для задания программы надо было соединить определенным образом провода.
* В 1945 г. Джон фон Нейман разработал общие принципы построения цифровой вычислительной машины, которые до сих пор используются в современных ПК.
Согласно этим принципам Джона фон Неймана, компьютер должен иметь:
* арифметическо - логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
* устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
* запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
* внешнее устройство для ввода-вывода информации
и работать по схеме:
Согласно приведенной схеме сначала с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое памяти, где находится первая команда (инструкция) программы и организует ее выполнение. После выполнения первой команды, устройство управление считывает следующую команду и т.д.
Принципы Джона фон Неймана:
1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.
А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.
Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”.
Таким образом, процессор исполняет 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, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе 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 язык конкретной машины.
3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных 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 впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без “счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.
Поколения ЭВМ:
Первое поколение ЭВМ - 1949 -1958 г.г.:
* 1949 г. Морис Уилксом (Англия) создан первый компьютер EDVAC. Это универсальная ЭВМ с хранимыми в памяти программами, которая положила начало первому поколению универсальный ЦИФРОВЫХ ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН.
* В 40-50-х годах ЭВМ были огромны и примитивны. В качестве элементной базы использовались электронные лампы и реле; оперативная память - на триггерах, позднее на ферритовых сердечниках; быстродействие - в пределах 5-30 тыс. арифметических операций в секунду. Программирование для таких ЭВМ велось в машинных кодах, позднее появились автокоды и ассемблеры. Использовались для научно-технических расчетов. Типичные представители - EDSAC, ENIAC, UNIVAC, БЭСМ, Урал.
Второе поколение ЭВМ - 1959 - 1963 гг.:
* 1948 г. - изобретен транзистор и во второй половине 50-х годах появились ЭВМ на транзисторах.
* 1959 г., США - создана ЭВМ второго поколения RCA-501.
* 1960 г . - IBM 7090, LARC.
* В СССР ЭВМ второго поколения представлены такими машинами как РАЗДАН, Наири, Мир, МИНСК, Урал-11, М-220, БЭСМ-4, М-4000.
* ЭВМ второго поколения характеризуются элементной базой на транзисторах (полупроводники), оперативной памятью на миниатюрных ферритовых сердечниках, объемом до 512 Кб, производительностью до 3 000 000 операций в секунду. Они обеспечивают совмещение функциональных операций (режим разделенного времени) и режим мультипрограммирования, т.е. одновременную работу центрального процессора и каналов ввода/вывода. По габаритам ЭВМ делятся на малые, средние, большие и специальные. Параллельно с совершенствованием ЭВМ, развивается программное обеспечение, появляются алгоритмические языка программирования, АСУ, диспетчеры.
Третье поколение ЭВМ - 1964 - 1976 г.г.:
* 1958 г. - Джек Килби придумал, как на одной пластине разместить несколько транзисторов.
* 1959 г. - Роберт Нойд сконструировал первые чипы (интегральные схемы).
* Первой ЭВМ третьего поколения можно считать серию моделей IBM/360 (1964 г., США).
* К ЭВМ третьего поколения можно отнести PDP-8 (Первый мини-компьютер, был создан в 1965 г. и стоил 20 тыс. $), PDP-11,B-3500, серию ЕС-ЭВМ.
* ЭВМ третьего поколения характеризуются элементной базой на ИС и частично БИС, оперативной памятью полупроводниковой на интегральных схемах и объёмом 16 Мб, производительностью до 30 млн. операций в секунду. По габаритам ЭВМ делятся на большие, средние, мини и микро. Типичные модели поколения - ЕС-ЭВМ, СМ-ЭВМ, IBM/360, PDP, VAX. Характерной особенностью ЭВМ третьего поколения явилось наличие операционной системы, появление возможности мультипрограммирования и управление ресурсами (периферийными устройствами) самой аппаратной частью ЭВМ или непосредственно операционной системой. Программное обеспечение ЭВМ усложняется за счет появления ОС, ППП, СУБД, САПР, новых алгоритмических языков высокого уровня (ПЛ-1, АЛГОЛ, КОБОЛ…).
Четвертое поколение ЭВМ - 1977 - наши дни:
* Наиболее известная серия первых ЭВМ четвертого поколения - IBM/370.
* Конструктивно - технологической основой ВТ четвертого поколения стали большие интегральные схемы (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), созданные в 70-80 годах, быстродействующие запоминающие устройства.. ЭВМ рассчитываются на эффективное использование ЯВУ, упрощение процесса программирования для проблемного программиста.
* Парк машин четвертого поколения можно разделить на микро-ЭВМ, ПК, мини-ЭВМ, ЭВМ общего назначения, специальные ЭВМ, супер-ЭВМ.
* Оперативная память машин четвертого поколения - полупроводниковая на СБИС и объёмом 16 Мб и более.
* Типичные представители этого поколения - IBM/370, SX-2, IBM PC/XT/AT, PS/2, Cray.
* ПК - наиболее распространенные ЦЭВМ в настоящее время. Их появление восходит к первой мини-ЭВМ PDP-8.
* 1970 г. - фирма INTAL начала продавать интегральные схемы памяти и в августе - интегральную схему, аналогичную центральному процессору большой ЭВМ (микропроцессор Intel - 4004).
* 1975 г. - появился первый персональный компьютер Альтаир-8800 с микропроцессором Intel 8080.
* 1981 г. - фирма IBM начинает выпуск персональных компьютеров IBM PC.
* 1983 г. - выпущен компьютер IBM PC XT c жестким диском.
* 1985 г. - начат выпуск ПК IBM PC AT .
Устройство персонального компьютера.
Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.
1.6. ПРИНЦИПЫ ФОН НЕЙМАНА
В 1945 г. к работе над созданием вычислительной машины был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман.
В своем докладе Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен компьютер для того, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обработки информации.
Устройства компьютера
Прежде всего, компьютер должен иметь следующие устройства:
1. арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
2. устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
3. запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
4. внешние устройства для ввода-вывода информации.
Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.
Вот каковы должны быть связи между устройствами компьютера (одинарные линии показывают управляющие связи, двойные — информационные).
Особенности современных компьютеров. Следует заметить, что схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенной выше. В частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство — центральный процессор. Кроме того, процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера — прерываний. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах. Тем не менее, большинство современных компьютеров в основных чертах соответствуют принципам, изложенным фон Нейманом.
Принципы работы компьютера
В общих чертах работу компьютера можно описать так. Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.
Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой «скачок», или переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился пуль и т.д. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз (т.е. организовывать циклы), выполнять различные последовательности команд в зависимости от выполнения определенных условий и т.д., т.е. создавать сложные программы. Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, т.е. без вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Поскольку внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.
Компьютер должен иметь:
- арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции. В наше время это устройство называется центральный процессор. Центральный процессор(central processing unit) – микропроцессор компьютера, представляющий собой микросхему, которая управляет всеми процессами, происходящими в компьютере;
- устройство управления, которое организует процесс выполнения программ. В современных компьютерах арифметическо-логическое устройство и устройство управления объединены в центральный процессор;
- запоминающее устройство (память) для хранения программ и данных;
- внешние устройства для ввода-вывода информации.
Память компьютера представляет собой некоторое количество пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.
- С помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.
- Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы и организует ее выполнение. Команда может задавать:
- выполнение логических или арифметических операций;
- чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций;
- запись результатов в память;
- ввод данных из внешнего устройства в память;
- вывод данных из памяти на внешнее устройство.
Один из принципов "Архитектуры фон Неймана" гласит: в компьютере не придется изменять подключения проводов, если все инструкции будут храниться в его памяти . И как только эту идею в рамках “архитектуры фон Неймана» воплотили на практике, родился современный компьютер.
Как всякая техника, компьютеры развивались в сторону увеличения функциональности, целесообразности и красоты. Есть вообще утверждение, претендующее на закон: совершенный прибор не может быть безобразным по внешнему виду и наоборот, красивая техника не бывает плохой. Компьютер становится не только полезным, но и украшающим помещение прибором. Внешний вид современного компьютера, конечно, соотносится со схемой фон Неймана, но в то же время и разнится с ней.
Благодаря фирме IBM идеи фон Неймана реализовались в виде широко распространенного в наше время принципа открытой архитектуры системных блоков компьютеров. Согласно этого принципа компьютер не является единым неразъемным устройством, а состоящим из независимо изготовленных частей, причем методы сопряжения устройств с компьютером не являются секретом фирмы-производителя, а доступны всем желающим. Таким образом, системные блоки можно собирать по принципу детского конструктора, то есть менять детали на другие, более мощные и современные, модернизируя свой компьютер ( апгрейд , upgrade — "повышать уровень"). Новые детали полностью взаимозаменяемы со старыми. «Открыто архитектурными» персональные компьютеры делает также системная шина, это некая виртуальная общая дорога или жила, или канал, в который выходят все выводы ото всех узлов и деталей системного блока. Надо сказать, что большие компьютеры (не персональные) не обладают свойством открытости, в них нельзя просто так что-то заменить другим, более совершенным, например, в самых современных компьютерах могут отсутствовать даже соединительные провода между элементами компьютерной системы: мышью, клавиатурой ("keyboard"– "клавишная доска") и системным блоком. Они могут общаться между собой при помощи инфракрасного излучения, для этого в системном блоке есть специальное окошко приема инфракрасных сигналов (по типу пульта дистанционного управления телевизора).
В настоящее время обычный персональный компьютер представляет собой комплекс, состоящий из:
- основной электронной платы (системной, материнской), на которой размещены те блоки, которые осуществляют обработку информации вычисления;
- схем, управляющих другими устройствами компьютера, вставляемых в стандартные разъемы на системной плате – слоты;
- дисков хранения информации;
- блока питания, от которого подводится электропитание ко всем электронным схемам;
- корпуса (системный блок), в котором все внутренние устройства компьютера устанавливаются на общей раме;
- клавиатуры;
- монитора;
- других внешних устройств.
Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана
В середине 1940-х проект компьютера, хранящего свои программы в общей памяти был разработан в Школе электрических разработок Мура (англ. Moore School of Electrical Engineering ) в Университете штата Пенсильвания. Подход, описанный в этом документе, стал известен как архитектура фон Неймана, по имени единственного из названных авторов проекта Джона фон Неймана, хотя на самом деле авторство проекта было коллективным. Архитектура фон Неймана решала проблемы, свойственные компьютеру ENIAC, который создавался в то время, за счёт хранения программы компьютера в его собственной памяти. Информация о проекте стала доступна другим исследователям вскоре после того, как в 1946 году было объявлено о создании ENIAC. По плану предполагалось осуществить проект силами Муровской школы в машине EDVAC, однако до 1951 года EDVAC не был запущен из-за технических трудностей в создании надёжной компьютерной памяти и разногласий в группе разработчиков. Другие научно-исследовательские институты, получившие копии проекта, сумели решить эти проблемы гораздо раньше группы разработчиков из Муровской школы и реализовали их в собственных компьютерных системах. Первыми пятью компьютерами, в которых были реализованы основные особенности архитектуры фон Неймана, были:
Прежде всего, компьютер, согласно принципам фон Неймана, должен иметь следующие устройства:
5) арифметически-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
6) устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
7) запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
8) внешние устройства для ввода-вывода информации.
Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.
Следует заметить, что в схеме устройства современных ПК арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство — центральный процессор.
![]()
Рис. 1
Различные устройства ПК связаны между собой каналами передачи информации. Из внешнего мира информация поступает в компьютер через устройства ввода. Поступившая информация попадает во внутреннюю память. Если требуется длительное ее хранение, то из внутренней памяти она переписывается во внешнюю. Обработка информации осуществляется процессором при непрерывной связи с внутренней памятью: оттуда извлекаются исходные данные, туда же помещаются результаты их обработки. Из внутренней памяти информация может быть передана во внешний мир через устройства вывода.
![]()
Работа любого компьютера осуществляется благодаря взаимосвязи двух компонентов: аппаратной части (hardware) и программного обеспечения (software).
Системный блок с помощью разъемов (на задней стенке) и электрических кабелей связан со всеми устройствами ввода и вывода информации.
В состав системного блока входят следующие основные функциональные части: процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, два устройства для работы с гибкими магнитными дисками, запоминающее устройство на жестком магнитном диске, дополнительные электронные схемы, обеспечивающие связь системного блока с остальными устройствами компьютера.
Устройство для работы с гибкими магнитными дисками называется также накопителем на гибких магнитных дисках, а сами гибкие диски называют также дискетами или флоппи-дисками. Запоминающее устройство на жестком магнитном диске называют накопитель на жестком диске или накопитель типа Винчестер.
Замечание: в разных литературных источниках история появления данных терминов далеко не однозначна, тем не менее, эти термины окончательно утвердились во всем мире.
Работа над ENIAC была в самом разгаре, когда Герман Голдстейн встретился с американцем венгерского происхождения Джоном фон Нейманом, который был консультантом американской секретной программы по созданию атомной бомбы и занимался вопросом о том, как повысить счетные мощности для решения необходимых дифференциальных уравнений. В результате этой встречи Нейман, известный достижениями от разработки теории игр до вклада в создание ядерного оружия, начинает сотрудничать с рабочей группой ENIAC. Они вместе разрабатывают проект новой вычислительной машины, которая, во-первых, работает исключительно на электронных схемах, а во-вторых, программа вводится в нее не на бумажной ленте, а с помощью перфокарты, которая затем кодируется в виде пригодных для обработки символов и сохраняется в централизованной памяти. Даже сами изобретатели не сразу осознали ценность этого принципа, который не только позволяет вносить в программу изменения – эти изменения может вносить само вычислительное устройство.
Во время работы над EDVAC в 1945 г . между его разработчиками произошел крупный конфликт. Дело в том, что EDVAC стал базой для третьей масштабной теоретической работы по вычислительной технике (первая, описание “аналитической машины», принадлежала Чарльзу Бэббиджу, вторая – Алану Тьюрингу). Но ни Мочли, ни Эккерт не смогли обобщить свои знания и абстрагироваться от радиоламп и электронных схем. Может быть, они пренебрегали этим по соображениям секретности, может быть, физики не снизошли до строгого математического изложения. Фон Нейман же написал “Предварительный доклад о машине EDVAC », в котором детально изложил логическую организацию и общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств. Доклад был разослан многим ученным из разных стран и получил широкую известность (поэтому конструкторам ENIAC не удалось впоследствии запатентовать свой проект).
Фон Нейман был широко известен как выдающийся математик, и научная общественность приписала ему все идеи, лежащие в основе этой машины. В обиход вошло выражение “машина фон Неймана» (т.е. компьютер). Нейман нашел путь подключения рабочей программы не проводами или другими соединениями, а интегрированием ее в память машины в закодированном виде. Именно Нейман и придумал схему, которой до сих пор следуют все цифровые компьютеры. В общем виде схема представлена на рисунке. Сплошные стрелки — это управляющие связи (по ним идут сигналы управления), а пунктирные стрелки — это информационные связи (по ним идут данные, информация). К устройствам ввода/вывода относятся клавиатура, мышь, монитор, дисковод, CD ROM, принтер, сканер, микрофон, звуковые колонки, плоттер и т.д.
Компьютер должен иметь:арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции. В наше время это устройство называется центральный процессор. Центральный процессор (central processing unit) – микропроцессор компьютера, представляющий собой микросхему, которая управляет всеми процессами, происходящими в компьютере;
устройство управления, которое организует процесс выполнения программ. В современных компьютерах арифметическо-логическое устройство и устройство управления объединены в центральный процессор;
запоминающее устройство (память) для хранения программ и данных;
внешние устройства для ввода-вывода информации.
Память компьютера представляет собой некоторое количество пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.
Принцип работы:С помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.
Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы и организует ее выполнение. Команда может задавать:выполнение логических или арифметических операций;
чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций;
запись результатов в память;
ввод данных из внешнего устройства в память;
вывод данных из памяти на внешнее устройство.Устройство управления начинает выполнение команды из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему необходимо продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в иной ячейки памяти.
Результаты выполнения программы выводятся на внешнее устройство компьютера.
Компьютер переходит в режим ожидания сигнала от внешнего устройства.Один из принципов "Архитектуры фон Неймана" гласит: в компьютере не придется изменять подключения проводов, если все инструкции будут храниться в его памяти . И как только эту идею в рамках “архитектуры фон Неймана» воплотили на практике, родился современный компьютер.
Как всякая техника, компьютеры развивались в сторону увеличения функциональности, целесообразности и красоты. Есть вообще утверждение, претендующее на закон: совершенный прибор не может быть безобразным по внешнему виду и наоборот, красивая техника не бывает плохой. Компьютер становится не только полезным, но и украшающим помещение прибором. Внешний вид современного компьютера, конечно, соотносится со схемой фон Неймана, но в то же время и разнится с ней.
Благодаря фирме IBM идеи фон Неймана реализовались в виде широко распространенного в наше время принципа открытой архитектуры системных блоков компьютеров. Согласно этого принципа компьютер не является единым неразъемным устройством, а состоящим из независимо изготовленных частей, причем методы сопряжения устройств с компьютером не являются секретом фирмы-производителя, а доступны всем желающим. Таким образом, системные блоки можно собирать по принципу детского конструктора, то есть менять детали на другие, более мощные и современные, модернизируя свой компьютер ( апгрейд , upgrade — "повышать уровень"). Новые детали полностью взаимозаменяемы со старыми. «Открыто архитектурными» персональные компьютеры делает также системная шина, это некая виртуальная общая дорога или жила, или канал, в который выходят все выводы ото всех узлов и деталей системного блока. Надо сказать, что большие компьютеры (не персональные) не обладают свойством открытости, в них нельзя просто так что-то заменить другим, более совершенным, например, в самых современных компьютерах могут отсутствовать даже соединительные провода между элементами компьютерной системы: мышью, клавиатурой ("keyboard"– "клавишная доска") и системным блоком. Они могут общаться между собой при помощи инфракрасного излучения, для этого в системном блоке есть специальное окошко приема инфракрасных сигналов (по типу пульта дистанционного управления телевизора).
В настоящее время обычный персональный компьютер представляет собой комплекс, состоящий из:основной электронной платы (системной, материнской), на которой размещены те блоки, которые осуществляют обработку информации вычисления;
схем, управляющих другими устройствами компьютера, вставляемых в стандартные разъемы на системной плате – слоты;
дисков хранения информации;
блока питания, от которого подводится электропитание ко всем электронным схемам;
корпуса (системный блок), в котором все внутренние устройства компьютера устанавливаются на общей раме;
клавиатуры;
монитора;
других внешних устройств.‹ Перспективы развития компьютерных систем
Вверх
Ручные и механические средства вычислений ›Читайте также:
