Структурно-логічна схема еом.

Як згадувалось раніше, першим працюючим зразком ЕОМ була електронно-лампова машина ENIAC, створена у 1946р. Вона не містила механічних елементів, а відтак була набагато швидшою та надійнішою за своїх механічних "сучасників", однак для задання її програми доводилось протягом кількох годин або навіть діб з'єднувати необхідним чином проводи. З метою спрощення процесу задання програм, творці ENIAC Джон Моклі та Преспер Еккерт приступили до конструювання обчислювальної машини, яка би була спроможною зберігати програму у своїй пам'яті. У 1945р. до роботи по створенню такої машини був залучений відомий математик Джордж фон Нейман, який сформулював загальні принципи будови та функціонування універсальної ЕОМ. Підготовлена Нейманом доповідь була розіслана багатьом вченим і здобула широку відомість та популярність через свою ясність та зрозумілість.

Принципи, викладені фон Нейманом, описують структурно-логічну схему ЕОМ, тобто передбачають, з яких логічних блоків повинна складатись ЕОМ та призначення цих блоків, а також визначають взаємодію між окремими блоками. Під логічним блоком при цьому розуміється пристрій або їх сукупність, що виконують певні функції, а не окремий фізичний пристрій (таким чином, один логічний пристрій може фізично бути реалізований у вигляді кількох дискретних пристроїв, у вигляді одного фізичного пристрою). Про ЕОМ, побудовані за цією схемою, кажуть, що вони являють реалізацію фон-нейманівської архітектури обчислювальних машин.

Відповідно до фон-нейманівської архітектури, ЕОМ повинна складатись з:

Пристрою управління (ПУ), що організовує процес виконання програм;

Арифметико-логічного пристрою (АЛП), що виконує арифметичні та логічні операції (операції порівняння);

Запам'ятовуючого пристрою (ЗП), що зберігає програми та дані;

Пристроїв вводу/виводу (ПВВ) інформації.

Виконання програми починається після її розташування (завантаження) у ЗП. ПУ зчитує першу команду програми та організовує її виконання, відсилаючи певні сигнали іншим пристроям ЕОМ. За необхідності виконання арифметичних чи логічних операцій ПУ організовує надходження даних до АЛП та збереження результатів у ЗП. Відмітимо, що у ЕОМ з фон-нейманівською архітектурою реалізується концепція збережуваної програми – команди та дані зберігаються у одній і тій же пам'яті. Після виконання першої команди ПУ переходить до виконання другої та наступних команд, і в такий спосіб забезпечує виконання програми вцілому. Такий порядок виконання програми називають послідовною передачею управління.

Під ЗП в широкому змісті розуміють велику кількість пристроїв, призначених для збереження даних, що відрізняються принципами роботи, забезпечуваними швидкостями доступу (та, можливо, запису) до цих даних тощо, але всі вони в кінцевому рахунку представляють собою набір адресуємих комірок, у яких безпосередньо зберігаються дані. При розгляді архітектури ЕОМ, запропонованої фон Нейманом, під ЗП розуміють оперативну пам'ять, оскільки ПУ має безпосередній доступ до даних, збережених саме у цьому типі пам'яті. Оперативна пам'ять представляє собою електронний енергозалежний ЗП, що працює достатньо швидко в порівнянні з іншими ЗП, звідси і назва “оперативна”.

ПВВ призначені для перетворення інформації з внутрішнього представлення у ЕОМ (біти) у форму, зрозумілу оточуючим (під оточуючими розуміються як люди, так і пристрої, наприклад, технологічне устаткування, яким керує ЕОМ), і навпаки.