BVM_2012

Розділ 1. Структура інформаційної системи комп'ютера

Тема 1.1. Принцип побудови комп'ютера. Логічна схема

Упродовж всієї історії людства невпинно зростав загальний обсяг інформації, яку людині треба зберігати та опрацьовувати. Вважається, що в наш час обсяг інформації по­двоюється приблизно кожні десять років. Робота з нею неможлива без різноманітних авто­матичних пристроїв, головну роль серед яких відіграє комп'ютер.

Комп'ютер — це електронний пристрій для програмованої обробки інформації.

Слово "комп'ютер" до нас надійшло з англійської мови (computer — обчислювач, тобто пристрій, який виконує обчислення). Спершу комп'ютери призначалися для автомати­чного розв'язання математичних задач, їх називали електронно-обчислювальними ма­шинами, скорочено ЕОМ. Але з розвитком технічних засобів комп'ютер став не тільки обчи­слювальною машиною. У сучасному розумінні комп'ютер призначений для опрацювання, зберігання інформації будь-якого типу. Це зумовило широке використання комп'ютерів в усіх, без винятку, галузях діяльності людини.

Нині існує величезна кількість модифікацій комп'ютерів, які відрізняються розмі­рами, швидкістю опрацювання інформації, призначенням тощо. Але всі комп'ютери ма­ють спільні принципи побудови та функціонування.

Базову структуру комп'ютера та принципи його функціонування було описано Джо-ном фон Нейманом 1945 року. За фон Нейманом, універсальна обчислювальна машина має складатися з таких базових компонентів:

• арифметично-логічний пристрій (АЛП), який виконує арифметичні та логічні операції;

• керуючий пристрій (КП), який координує роботу всіх агрегатів;

• запам'ятовуючий пристрій (або просто пам'ять) для збереження програм та даних;

• зовнішні пристрої для забезпечення введення та виведення даних.

У процесі розвитку комп'ютерної техніки відбулися зміни у структурі та організації комп'ютера. Так, арифметично-логічний пристрій і пристрій управління поєднано в один пристрій — процесор (від англ. processing — обробка).

Структура сучасного комп'ютера називається магістрально-модульною.

Магістраль (або системна шина) — це набір електронних ліній, які забезпечу­ють зв'язок між компонентами комп'ютера. По магістралі передаються управляючі сиг­нали та дані від одних пристроїв до інших.

Усі блоки, а точніше їх порти введення-виведення, підключають через відповідні уніфіковані рознімні з'єднання до шини безпосередньо або через пристрої сполучення -контролери (адаптери). У сучасних ПК шиною керує контролер шини.

Згідно з модульним принципом, склад пристроїв комп'ютера дозволяється зміню­вати. До системної шини можна підключати додаткові периферійні пристрої, деякі моделі пристроїв замінювати на інші.

1.2. Основні принципи функціонування комп'ютера

Як відомо, робота комп'ютера грунтується на двох принципах:

• двійкового кодування команд та даних;

• програмного управління.

Згідно з принципом двійкового кодування всі дані і програми їх опрацювання представлені двійковими кодами.

Кодуванням с подання за визначеними правилами дискретних повідомлень у деякі комбінації, складені з визначеного числа елементів-символів. Ці елементи називаються елементами коду, а число різноманітних елементів, із яких складаються комбінації, основою коду. Правило кодування звичайно виражається кодовою таблицею, в якій кож­ному сигналу повідомлення ставиться у відповідність визначена кодова комбінація.

Кодове подання дискретних значень сигналу здійснюється за допомогою цифр, але не обов'язково десяткових. Якщо для подання дискретних повідомлень складають комбі­нації із різноманітних сполучень 0 та 1, маємо код з основою два або двійковий код. На­приклад, число 25 у двійковій системі числення виглядатиме так:

1х2⁴+1х2³+0х2² + 0х2'+1х2° = 25,

і це число запишеться в послідовності розрядів як 11001.

Група двійкових знаків, що обробляється одночасно, називається машинним словом, а кількість двійкових знаків у слові —довжиною слова. Слово є базовою логічною одиницею інформації в комп'ютері. За одиницю інформації взята кількість інформації, укладену у ви­борі однієї з двох рівноймовірних подій. Ця одиниця називається "двійковою одиницею" або бітом (binary digit, binary unit) - - bit. Отже, біт - - це один двійковий розряд, в який може записуватись тільки 1 або 0. Подія є - - 1, події немає -— 0. Слово довжиною 8 біт називається байтом. Таким чином маємо:

8 бітів = 1 байт; 8192 бітів = 1024 байт = 1 Кбайт.

Приблизно: 1000 Кбайт = 1 Мбайт; 1000Мбайт=1 Гбайт; 1000 Гбайт = 1 Тбайт.

Двійкова система числення широко використовується в обчислювальній техніці та зв'язку внаслідок використання електричних та електронних приладів із двома елементами стану (реле в замкнутому або розімкнутому стані, магнітний матеріал намагнічений або розмагнічений, два можливих стани тригера). Дуже зручним з погляду створення і розпізна­вання є сигнал, що має два стани: "так" та "ні", 1 або 0.

Принцип програмного управління передбачає, що всі дії комп'ютера виконуються за програмою, яка зберігається в його пам'яті. Запам'ятовуючий пристрій зберігає як саму програму, так і дані, які вона опрацьовує — вхідні, поточні і вихідні. Отже, пам'ять ком­п'ютера є єдиною для програм і даних. Пам'ять складається з певної кількості однакових комірок, які є однаково доступними для інших пристроїв комп'ютера у довільний момент часу. Така організація пам'яті називається лінійною. Комірки пам'яті послідовно прону­меровані. Щоб дістати доступ до вмісту комірки, достатньо вказати її номер, який назива­ється адресою комірки.