2.2. Архитектура эвм

Архитектура ЭВМ– общее описание её структуры и функций, достаточное для понимания принципов работы и системы команд ЭВМ, но скрывающее детали её технического и физического устройства.

Персональный компьютер – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.

Структура компьютера это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Функции компьютера можно разделить на основные и дополнительные.

Основные функцииопределяют его назначение: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами.

Дополнительные функцииповышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ПК реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных.

Классическая архитектура эвм

Основы учения об архитектуре ЭВМ заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман.В 1945 г. Джон фон Нейман подготовил доклад. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем Джон фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.

Основные из них:

• В состав компьютера входят орган арифметики и управления (процессор), орган памяти, орган связи с внешним миром (устройства ввода и вывода).

• Единственным источником активности в ЭВМ является процессор, который управляется программой, находящейся в памяти ЭВМ.

• Обработка информации происходит только в регистрах процессора.

• Вся память разбита на ячейки и каждой ячейке присвоен адрес (принцип дискретности и адресуемости памяти).

• Каждая машинная команда содержит следующие предписания: из каких ячеек взять обрабатываемую информацию; какие действия с ней совершить; в какие ячейки направить полученный результат.

• Принцип хранимой программы: машинная программа, которая составлена из команд в двоичном коде, хранится в ячейках памяти.

• В каждый момент времени процессор выполняет одну команду, адрес которой хранится в специальном регистре сопроцессорной памяти – счетчике команд.

• Процессор выполняет команду за командой в соответствии со счетчиком команд, пока не получит команду остановиться.

Схема классической архитектуры компьютера («фон-неймановская архитектура»)

Разработанные Джоном фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальны, что получили название «фон-неймановской архитектуры». Основными блоками по Нейману являются (см. рис. 2): устройство управления УУ, АЛУ, память (внутренняя и внешняя), устройства ввода и вывода. Устройство управления и арифметически-логическое устройство обычно объединяются в одно, называемое центральным процессором.

Процессор– центральный блок компьютера, предназначенный для обработки информации и управления работой компьютера в целом. Конструктивно процессор представляет собой микросхему (или блок микросхем). Микросхема (интегральная схема) – сложная электронная схема, образованная большим количеством электронных элементов, сформированных на поверхности кристалла кремния (или другого полупроводника).

В его составе два основных устройства: арифметико-логическое устройство (предназначено для обработки информации, выполнения арифметических и логических операций над данными); устройство управления – управляет работой компьютера (формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные управляющие сигналы).

Память

Основное предназначение памяти – хранение информации. Различают внутреннюю и внешнюю память компьютера.

Внутренняя память реализуется в виде микросхем. Высокая скорость обмена сигналами с процессором, что обеспечивает быстрый доступ к хранимой информации. Ёмкость внутренней памяти невелика в сравнении с ёмкостью внешних носителей информации. В составе внутренней памяти выделяют оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). ОЗУ предназначена для хранения информации, с которой компьютер работает в данный момент. Зависит от источника питания, содержимое исчезает при его отключении. ПЗУ предназначено для хранения информации, к которой необходим быстрый доступ, но нет возможности с каждым новым включением загружать ее в ОЗУ. Такая информация записывается в ПЗУ в заводских условиях и в дальнейшем может быть только прочитана.

Внешняя память. К ней относятся накопители на магнитных и оптических дисках вместе с носителями информации, электронные устройства внешней памяти – флэш-память. Их функция – обеспечить чтение и запись информации на внешние носители. Если накопитель работает с дисками, то его называют дисководом. Например, дисковод жестких дисков, дисковод гибких дисков, дисковод компакт-дисков.

Внешние устройства

Внешние устройства ПК (устройства ввода, вывода и обмена данными) предназначены для обмена информацией между компьютером и окружающим миром.

Устройства ввода: клавиатура, манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол), сканеры, видеокамеры, датчики измерительных приборов и т.д.

Устройства вывода: монитор, принтер, графопостроитель, исполнительные механизмы, синтезаторы звука и речи и др.

Устройства обмена информациейвыполняют одновременно и функцию ввода, и функцию вывода. К ним относится модем.