Аппаратное обеспечение компьютера Общая структура и функции компьютера
Любой компьютер представляет собой сложную иерархическую систему, состоящую из сотен тысяч (миллионов) электронных компонентов, и предназначен для выполнения следующих основных функций:
обработка данных;
хранение данных;
перемещение данных;
управление (возможность выполнения первых трех функций в определенной последовательности).
На верхнем уровне иерархии структура компьютера состоит из 4-х компонентов.
Центральный процессор (ЦП) – управляет функционированием всей системы и выполняет обработку данных.
Оперативная память (ОП) – хранит исходные данные и всю необходимую информацию для обработки данных.
Устройства ввода-вывода – перемещают данные между компьютером и окружающей средой в обе стороны.
Системные внутренние связи – некоторый механизм, обеспечивающий обмен информацией между ЦП, ОП УВВ.
Рис. 1. Компоненты верхнего уровня иерархии структуры компьютера
Такую структуру и функции имеют за малым исключением все современные ЭВМ. Эта структура называется структурой Джона фон Неймана, ученого который сформулировал основные принципы построения ЭВМ.
Принципы Джона фон Неймана
Принцип двоичного копирования.
Принцип программного управления (ЦП выполняет программу, состоящую из набора команд).
Принцип однородности памяти – над данными любого типа (число, тект, команда) может быть выполнены одни и те же действия.
Принцип адресности – ОП состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой адрес.
Принцип линейности памяти – память имеет линейную структуру, т.е. представляет собой вектор.
Центральный процессор
Центральный процессор или микропроцессор (CPU-CentralProcessingUnit) представляет собой интегральную схему, реализованную на одном полупроводниковом кристалле. Это программно-управляемое устройство обработки информации. Первый микропроцессор был выпущен в 1971 году фирмойIntel.В настоящее время наиболее распространены процессоры фирмы Intel, хотя ЦП других фирм (AMD, Cyrix) составляют им достойную конкуренцию.Производительность процессоров растет со скоростью 50-100% в год.
В состав процессора входят следующие устройства:
устройство управления (УУ);
арифметическо-логическое устройство (АЛУ) – выполняет операции обработки данных, которые сводятся к сложению и умножению данных, расположенных в регистрах ЦП;
регистры – хранят данные текущей операции;
внутренние связи – механизм, обеспечивающий совместную работу первых трех компонентов.
Рис. 2. Состав центрального процессора
Процессор обрабатывает данные, получая их из ОП или от устройств ввода-вывода, причем ЦП может обмениваться данными с модулями ввода-вывода как через ОП, так и напрямую, минуя ОП. Данные, поступившие в распоряжение ЦП, записываются в регистры. В ЦП используются следующие регистры:
регистр адреса– хранит адрес очередной ячейки ОП при выполнении команды записи или чтения;
регистр данных– служит для временного хранения данных, записываемых в ОП или считываемых из ОП;
регистр адресаустройства ввода-вывода (УВВ) – хранит код устройства ввода-вывода;
регистр данных УВВ- хранит данные, передаваемые в УВВ или получаемые из УВВ.
При выполнении заданной операции ЦП может производить следующие действия:
передача данных из ЦП в ОП;
передача данных из ЦП в УВВ;
обработка данных в АЛУ;
управление – изменение порядка выполнения команд, в том случае если в команде записан не адрес следующей команды, а другой.