4.1. Основные элементы цифровых эвм
Основные блоки цифровой ЭВМ представлены на рис. 13. Центральный процессор принимает команды, передаваемые блоком управления в соответствии с заданной программой, и выполняет указываемые арифметические и логические операции в арифметическом и логическом блоке, используя внутренние регистры для кратковременного хранения информации. Работа процессора регулируется и синхронизируется с помощью встроенных кварцевых часов. Время цикла процессора, которое может изменяться от 10 (и даже менее) до 104 нс (1 нс=10-9 с), а также число байтов информации (один байт содержит 8 битов — чисел в двоичной системе, 0 или 1), передаваемых в одном цикле (длина слова), определяют скорость обработки информации в процессоре. В выпускавшихся в 1980 г. микро-ЭВМ использовались слова из 8 бит, к 1982 г. длина слова микро-ЭВМ возросла до 16 бит, а в 1984 г. некоторые фирмы уже выпускали компьютеры с длиной слова, равной 32 бит.
РИС. 13. Основные функциональные элементы вычислительной машины (ЦП — центральный процессор, АЛУ—арифметическое и логическое устройство, ЗУ — запоминающее устройство). Связь между различными элементами осуществляется с помощью шины передачи информации с временным разделением сигналов. [Из статьи: Натреі W. А., Application of Microcomputers in the Study of Microbial Processes, in Advances in Biochemical Engineering, vol. 13, Ghose T. K., Fiechter A., Blakebrough N. (eds.), p. 1, Springer-Verlag Berlin, 1979.]
Для хранения команд и данных используется несколько типов памяти. В постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) хранятся определенные наборы команд, например программы компилятора и интерпретатора, а запоминающее устройство с произвольным доступом (оперативное ЗУ) применяется для кратковременного хранения программ, вводимых данных и результатов расчета. В процессе работы ЭВМ центральный процессор часто считывает информацию с оперативного ЗУ и записывает на нем данные.
Блок управления вводом данных позволяет соединять ЭВМ с внешними периферийными устройствами. В самой ЭВМ шина передачи информации соединяет центральный процессор, блок памяти и блок управления вводом и выводом данных.
Перечисленные выше блоки и функциональные элементы имеются у любых ЭВМ, но скорость переработки информации и объем памяти различны для разных типов ЭВМ. По этим параметрам ЭВМ часто подразделяют на супер-ЭВМ (самые большие, быстродействующие и дорогие), большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микро-ЭВМ (самые маленькие, медленнодействующие и дешевые). Границы между этими типами ЭВМ постоянно смещаются и сегодняшние микро-ЭВМ по своим возможностям отвечают большим ЭВМ 70-х годов. Доступность дешевых и высокоэффективных ЭВМ послужила толчком к их чрезвычайно быстрому и широкому распространению в производстве товаров широкого потребления, в средствах связи, процессах обработки информации, научном приборостроении и в биотехнологии. В 60-е годы управляемые ЭВМ ферментеры были новшеством; в настоящем практически каждый биореактор, аналитический прибор или другой аппарат в биотехнологии контролируется и управляться цифровыми ЭВМ.