І. Апаратне та програмне забезпечення персональних комп'ютерів

1. Апаратне забезпечення персональних комп'ютерів

1.1. Логічна схема комп'ютера

Чи можна довести та обґрунтувати логічну структуру комп'ютера? Чи можна визначити, які пристрої обов'язково мають входити до комп'ютера? Так, можна, не зважаючи на те, що функції та можливості сучасних комп'ю­терів дуже широкі, а сфери їх використання практично не обмежені.

Логічну структуру комп'ютера можна обґрунтувати лише в тому випадку, коли визначимо загальні закономірності його функціонування, в основі яких лежить принцип програмного управління.

Не зупиняючись детально на цьому принципі, спробуємо взяти від нього лише те, що дозволило б нам отримати спрощену логічну схему комп'ютера.

Так, дійсно, можливості комп'ютера дуже великі. Однак, з принципової точки зору, будь-яка його робота, що зовнішньо проявляється по-різному, фактично зводиться до обробки інформації, тобто до виконання чотирьох арифметичних та деяких логічних операцій.

Щоб зробити наступний шаховий хід або зобразити на екрані якусь гео­метричну фігуру, комп'ютер і в тому, і в іншому випадку виконує масу арифметичних та логічних операцій з даними.

Дані в комп'ютері подаються двійковими кодами, тобто сукупністю нулів та одиниць. Наприклад, число 34 матиме такий вигляд: 100010.

Чому інформація подається такими кодами? Це пояснюється головним чином тим, що їх запам'ятовування та зберігання дуже легко реалізувати технічно (наприклад, намагнічену ділянку поверхні ототожнимо з одиницею, а ненамагнічену — з нулем).

Таким чином, ми підійшли до першого важливого висновку про те, що будь-який комп'ютер повинен мати запам'ятовуючий пристрій, в якому можна було б записувати двійкові коди та зчитувати їх.

Підемо далі. Для людини робота з даними в двійковому коді не тільки незвична, але й неприйнятна. Таким чином, в комп'ютері мають бути пристрої, які забезпечували б введення інформації, поданої в звичній для нього формі (ті самі шахові ходи), з наступним перетворенням її в двійкові коди. Крім того, необхідні пристрої, які б реалізували обернену функцію, тобто результати розв'язку задачі, отримані в двійковому коді, видавали б користувачу в звичному для нього вигляді.

Такі пристрої називають відповідно пристроями введення і виведення.

Оскільки реалізація будь-якої задачі на комп'ютері не обходиться без виконання арифметичних та логічних операцій, то, природно, для їх авто­матичного виконання необхідно мати деякий пристрій, який називають арифметично-логічним пристроєм. За своєю суттю цей пристрій дещо схожий на калькулятор, але реальні його функції набагато ширші.

Для розв'язку будь-якої задачі на комп'ютері складають програму, яка разом з даними, які підлягають обробці, вміщується в запам'ятовуючий пристрій. Програма — це упорядкований набір деяких команд (вказівок, директив). В команді містяться вказівки: яку операцію необхідно виконати (наприклад, додавання), над якими числами виконати цю операцію і куди помістити отриманий результат. Виконання команд програми в заданій послі­довності в кінцевому підсумку приводить до необхідного результату.

Для організації вибору команд із запам'ятовуючого пристрою та їх вико­нання необхідний ще один пристрій, який назвемо пристроєм управління. Він координує роботу всіх інших пристроїв машини в процесі виконання тієї або іншої команди програми.

Таким чином, ми по суті і визначили логічну структуру комп'ютера, яка зображена на мал.

Після того, як програма буде розміщена в запам'ятовуючому пристрої, вона запускається на виконання. В пристрій управління надходять коди операції (що робити), а в арифметично-логічний пристрій — дані (з чим робити). Пристрій управління утворює сигнали, які надходять на інші пристрої, які і забезпечують виконання даної операції.

Потім із запам'ятовуючого пристрою вибирається інша команда і орга­нізовується її виконання. Цей процес продовжується до закінчення всієї програми.