Обобщенная структурная (принципиальная) схема эвм (эволюция) (принципы фон неймана). Принцип автоматической обработки информации в эвм (стек, конвейер)
Обобщенная структурная схема ЭВМ основывается на принципах, заложенных Джоном фон Нейманом, который предложил архитектуру, используемую и по сей день.
Структурная схема эвм по фон Нейману:
Центральный процессор (ЦПУ) выполняет команды программ, обрабатывает данные и управляет всеми операциями в компьютерной системе.
Рисунок 39 – Структурная схема ЭВМ по фон Нейману
Он включает арифметико-логическое устройство (АЛУ), отвечающее за выполнение математических операций, а также устройства управления для выполнения команд.
Вся информация, включая программы и данные, хранится в памяти, где они располагаются в отдельных ячейках с уникальными адресами. Согласно принципу фон Неймана, инструкции и данные находятся в одной памяти. Устройства ввода и вывода обеспечивают взаимодействие компьютера с внешним миром, позволяя пользователям вводить данные с помощью клавиатуры, сканеров и микрофонов, а также получать результаты обработки на мониторах, принтерах и динамиках.
Для передачи информации между процессором, памятью и периферийными устройствами используются шины данных и адреса.
Принцип автоматической обработки информации в эвм
Стек представляет собой структуру данных, где элементы добавляются и удаляются по принципу "последним пришел – первым вышел" (LIFO).
Конвейеризация – это метод параллельной обработки данных, при котором одна операция начинается до завершения предыдущей.
Процессор и оперативная память (классификация процессоров и и озу, архитектуры, устройство цп и озу)
Процессор и оперативная память (классификация процессоров и ОЗУ, архитектура, устройство ЦП и ОЗУ)
Процессор (центральный процессор, ЦП) – это ключевое вычислительное устройство в компьютере, которое отвечает за выполнение всех операций обработки данных, выполнение программ и управление работой других устройств. Процессор состоит из нескольких компонентов:
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет математические операции (например, сложение и вычитание) и логические операции (такие, как И, ИЛИ и другие).
Устройство управления – координирует выполнение команд и обеспечивает последовательную работу устройства в соответствии с инструкциями программы.
Регистры – это небольшие запоминающие устройства, которые хранят промежуточные данные, операнды и результаты выполнения команд.
Классификация процессоров
Рисунок 40 – Классификация процессоров в схеме
Классификация озу
Динамическая память (DRAM) – это наиболее распространенный тип оперативной памяти, где данные хранятся в виде зарядов в конденсаторах. Для сохранения данных она требует периодического обновления.
Статическая память (SRAM) – более быстрая и надежная память, но также более дорогая в производстве, поскольку использует транзисторы для хранения данных, которые не нуждаются в обновлении.
Архитектура ОЗУ:
Схема организации памяти: Оперативная память обычно структурирована в виде ячеек с уникальными адресами, что позволяет осуществлять доступ к данным. Современные системы применяют многоканальную память для повышения производительности.
Размеры и скорость: ОЗУ доступна в различных размерах (например, 4 ГБ, 8 ГБ, 16 ГБ и т.д.), что влияет на объем данных, которые могут обрабатываться одновременно. Также важна скорость работы ОЗУ (например, DDR4, DDR5).
Рисунок 41 – Классификация ОЗУ в схеме
Устройство ЦП и ОЗУ:
Процессор и оперативная память функционируют в тесной взаимосвязи, что обеспечивает эффективное выполнение команд и обработку данных. Процессор извлекает инструкции из ОЗУ, выполняет их и сохраняет результаты обратно в память. Современные процессоры используют кэш-память (L1, L2, L3) для хранения часто используемых данных, что ускоряет работу системы.