Принципы фон Неймана

В своем историческом докладе, опубликованном в 1945г., Джон фон Нейман выделил и детально описал пять ключевых компонентов того, что ныне называют «архитектурой фон Неймана» современного компьютера. Чтобы компьютер был и эффективным, и универсальным инструментом, он должен включать следующие структуры: центральное арифметико – логическое устройство (АЛУ), центральное устройство управления, «дирижирующее» операциями, запоминающее устройство, или память, а также устройство ввода – вывода информации. Фон Нейман отмечал, что эта система должна работать с двоичными числами, быть электронным, а не механическим устройством и выполнять операции последовательно, одну за другой. Эти требования назвали «принципами фон Неймана».

1. Принцип программного управления. Этот принцип обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

2. Принцип однородности памяти. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений. Как программы, так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления – чаще всего двоичной). Компьютеру «безразлично», что хранится в данной ячейке памяти – команда программы или данные пользователя. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это очень удобно, иначе надо было бы хранить программы отдельно от пользовательских данных.

3. Принцип адресности памяти. Структурно память компьютера состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка памяти. 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.

4. Принципиальное устройство компьютера. Компьютер должен иметь следующие устройства: арифметическо – логическое устройство, которое выполняет арифметические и логические операции; устройство управления, которое организует процесс выполнения программ; запоминающее устройство для хранения программ и данных; внешние устройства для ввода – вывода информации.

Принципы, сформулированные фон Нейманом, стали общепринятыми только потому, что широко применялись все время; они были положены в основу, как больших ЭВМ первых поколений, так и более поздних мини ЭВМ и микро ЭВМ.

Процессор

Фундаментом компьютерной системы является платформа, объединяющая три важнейших компонента: системную плату, процессор и оперативную память. Возможности платформы во многом определяют характеристики системы в целом. На уровне платформы устанавливается совместимость с другими элементами компьютера и операционной системой.

Процессор также имеет свою платформу. На рынке массовых компьютеров лидирующее место среди производителей процессоров занимают 2 фирмы: Intel и AMD. За ними закрепилось базовое название, переходящее от модели к модели. У Intel – это Pentium и модель с урезанной кэш-памятью Celeron; а у AMD – это Athlon и модель с урезанной кэш-памятью Duron. Процессоры и Intel, и AMD соответствуют стандартам «IBM PC-совместимости», оба они поддерживают одни и те же программы.

Микропроцессор (МП), иначе, центральный процессор – Central Processing Unit (CPU) – центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Микропроцессор выполняет следующие функции:

• чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

• чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств;

• прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

• обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;

• выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

Первый микропроцессор был выпущен в 1971 г. фирмой Intel (США) – МП 4004.