Принципы действия компьютера
Рассмотрим структурную схему компьютера, которая является классической, так как легла в основу построения первых ЭВМ.
Пульт управления предназначен для пуска и останова ЭВМ, задания режимов ее работы, контроля и индикации состояния отдельных устройств и ЭВМ в целом.
Рисунок 12 – Структурная схема ЭВМ
Центральное устройство управления организует и координирует автоматическое взаимодействие всех устройств ЭВМ в процессе решения задачи. В основе автоматизации вычислительного процесса ЭВМ лежит принцип программного управления, т.е. ЭВМ автоматически решает поставленную задачу, когда в виде программы задана последовательность выполнения действий. Программа указывает ЭВМ какие операции ей необходимо выполнить, над какими данными в какой последовательности.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) обеспечивает выполнение определенной машинной операции (арифметической, логической и др.). При этом данные, участвующие в выполнении данной операции, поступают в АЛУ из памяти машины.
Вместе центральное устройство управления и АЛУ образуют процессор ЭВМ. Процессор осуществляет автоматическое управление взаимодействием всех устройств, входящих в состав компьютера.
Память ЭВМ служит для хранения исходных данных, команд программ, а также промежуточных и окончательных результатов вычислений.
Основная память (оперативная) тесно связана с АЛУ и служит для хранения информации, используемой в ближайшей серии вычислений. Все ячейки основной памяти пронумерованы. Номера ячеек памяти являются адресами тех данных, которые хранятся в них. При считывании машинного слова из ячейки основной памяти содержимое этой ячейки при необходимости восстанавливается. При записи информации хранившиеся в ячейке памяти слово стирается и его место занимает новое.
В компьютерах используется постоянная память, реализованная на ПЗУ. Здесь хранятся различные константы, постоянные программы. Информация в них записывается однократно, обычно в процессе изготовления устройства, а в дальнейшем только считывается без разрушения. Когда информация записывается в процессе эксплуатации соответствующей настройкой – это программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ).
Внутренняя память ЭВМ – это основная память, сверхоперативная память, постоянные запоминающие устройства, программируемые постоянные запоминающие устройства. Она непосредственно взаимодействуют с процессором и вместе с ним образуют центральную часть (ядро) компьютера. В состав компьютера входят также различные периферийные (внешние) устройства, которые по своему значению делятся на две группы:
Устройства внешней памяти, предназначенные для хранения больших массивов информации.
Устройства ввода и вывода, обеспечивающие связь компьютера с пользователями, путем ввода в компьютер информации, ее регистрации и отображения.
Обмен информации между центральной частью и ПУ ЭВМ производится операциями ввода-вывода. В процессе ввода информация передается в центральную часть компьютера от пользователя, а также из внешней памяти. В процессе вывода информация передается во внешнюю среду или во внешнюю память компьютера.
Рассмотрим классификацию ЭВМ по размерам и функциональным возможностям:
Сверхбольшие или супер-ЭВМ. Мощные многопроцессорные ЭВМ с быстродействием сотни миллионов –десятки миллиардов операций с плавающей точкой в секунду Используют военные, геологи, метеорологи и т.д. – для решения задач, требующих громадных объемов вычислений.
Большие ЭВМ или мэйнфреймы. Производительность не менее 100 MIPS, емкость основной памяти до 10000 Мбайт (IBM). Используются для решения научно-технических задач, работы в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, управления вычислительными сетями и их ресурсами в крупных корпорациях. Обеспечивают централизованную обработку и хранение данных.
Малые компьютеры или мини-ЭВМ. Емкость основной памяти до 8000 Мбайт – занимают промежуточное положение между ПК и мэйнфреймами. Используются в качестве управляющих вычислительных комплексов для управления технологическими процессами и автоматизированного проектирования, моделирования несложных объектов. Обычно к ним подключаются сотни периферийных устройств.
Сверхмалые или микрокомпьютеры. К ним относятся персональные компьютеры, рабочие станции (специализированные для выполнения одного вида работ: графических, издательских и т.д.), серверы, сетевые компьютеры.
Рассмотрим устройство персонального компьютера. Первый признак, по которому разделяют компьютеры – платформа.
Платформа IBM-совместимых компьютеров включает в себя громадный спектр различных компьютеров, от простеньких ПК до сложных серверов.
Платформа Apple представлена довольно популярными на Западе компьютерами Macintosh, разработанными в конце 80-х годов. Изначально они были проще в эксплуатации и имели наглядный графический интерфейс. Они используют свое, особое программное обеспечение.