Принципиальное устройство компьютера
Схематически устройство одинаково для всех типов компьютеров с архитектурой фон Неймана (см. рис. 3).
Архитектура фон Неймана – это организация компьютера, при которой компьютер состоит из двух основных частей: линейно-адресуемой памяти и процессора. В памяти хранятся команды (программа) и данные, а процессор выбирает команды и данные из памяти и выполняет их.
Рис. 3. Принципиальное устройство компьютера
Главная особенность этих компьютеров заключается в том, что команды и данные хранятся в одной и той же памяти (например, в значительно менее распространенных компьютерах с Гарвардской архитектурой для хранения программ и данных используется разная память).
Далее изложены принципы работы компьютера с архитектурой фон Неймана.
Принципы работы компьютера
Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в оперативную память компьютера вводится программа.
Устройство управления ЦП считывает из ячеек памяти инструкции программы (команды) и организует их выполнение.
Эти инструкции могут задавать выполнение арифметических или логических операций с помощью арифметико-логического устройства, чтение из памяти данных для выполнения этих операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.
Считав команду, устройство управления извлекает из нее информацию о коде команды и местонахождении в оперативной памяти данных, обрабатываемых ею. После этого устройство управления повторно обращается к памяти и считывает из нее обрабатываемые командой данные. В результате при выполнении команд обработки данных процессору приходится неоднократно обращаться в память.
В процессорах с Гарвардской (и подобными ей) архитектурой достигается значительное увеличение производительности за счет одновременного параллельного извлечения из разной памяти команд и обрабатываемых данных за один такт процессора.
Результаты, полученные после выполнения всей программы вычислений, передаются на устройства вывода информации. В качестве таких устройств могут использоваться экран дисплея, принтер, графопостроитель и др.
Краткая характеристика аппаратных устройств компьютера
Аппаратура компьютера представляет собой сложную систему взаимосвязанных модулей – устройств. Эти устройства поддерживают выполнение некоторых функций, нужных для работы всей системы в целом. Можно выделить несколько таких важных функций и сопоставить им те модули аппаратуры, которые поддерживают их выполнение. Такую выделенную группу устройств принято называть функциональной подсистемой. Совокупность таких подсистем представляет собой обобщенную структуру компьютера и полностью характеризует любой компьютер, независимо от его класса. Выделение таких подсистем позволяет облегчить понимание того, как работает вся система аппаратуры компьютера в целом.
Обобщенная структура компьютера приведена на рис. 4.
Рис. 4. Обобщенная структура компьютера
Она состоит из следующих составных частей:
обрабатывающей подсистемы;
подсистемы памяти;
подсистемы ввода-вывода;
подсистемы управления и обслуживания.