- •3. Лекция. Архитектура современных высокопроизводительных эвм. Функциональная структура компьютера. Основные концепции функционирования. Программное обеспечение компьютера. Основы алгоритмизации.
- •3.1.1. Устройство ввода
- •3.1.2. Блок памяти
- •3.1.3. Арифметико-логическое устройство
- •3.1.4. Блок вывода
- •3.1.5. Блок управления
- •3.2. Основные концепции функционирования
- •3.3. Структура шины
- •3.4. Программное обеспечение
- •3.4.1.Этапы подготовки и решения задач на эвм
- •3.4.2.Алгоритмы и способы их описания (для более детального изучения раздела можно посмотреть ресурс http://www.Tmn.Fio.Ru/works/04x/306/p04_04/page/p1.Htm)
3. Лекция. Архитектура современных высокопроизводительных эвм. Функциональная структура компьютера. Основные концепции функционирования. Программное обеспечение компьютера. Основы алгоритмизации.
Функциональная структура компьютера
Устройство ввода
Блок памяти
Арифметико-логическое устройство
Блок вывода
Блок управления
Основные концепции функционирования
Структура шины
Программное обеспечение
Этапы подготовки и решения задач на ЭВМ
Алгоритмы и способы их описания
Функциональная структура компьютера
Как следует из рис. 3.1, компьютер состоит из пяти главных, функционально независимых частей:
устройство ввода,
устройство памяти,
арифметико-логическое устройство,
устройство вывода и
устройство управления.
Устройство ввода принимает через цифровые линии связи закодированную информацию от операторов, электромеханических устройств типа клавиатуры или от других компьютеров сети. Полученная информация либо сохраняется в памяти компьютера для последующего применения, либо немедленно используется арифметическими и логическими схемами для выполнения необходимых операций. Последовательность шагов обработки определяется хранящейся в памяти программой. Полученные результаты отправляются обратно, во внешний мир, посредством устройства вывода. Все эти действия координируются блоком управления. На рис. 3.1. намеренно не показаны связи между функциональными устройствами. Объясняется это тем, что такие связи могут быть по-разному реализованы. Как именно, вы поймете несколько позже. Арифметические и логические схемы в комплексе с главными управляющими схемами называют процессором, а все вместе взятое оборудование для ввода и вывода часто называют устройством ввода-вывода (input-output unit).
Теперь обратимся к обрабатываемой компьютером информации. Ее удобно разделять на две основные категории: команды и данные. Команды, или машинные команды, — это явно заданные инструкции, которые:
• управляют пересылкой информации внутри компьютера, а также между компьютером и его устройствами ввода-вывода;
• определяют подлежащие выполнению арифметические и логические операции.
Список команд, выполняющих некоторую задачу, называется программой. Обычно программы хранятся в памяти. Процессор по очереди извлекает команды программы из памяти и реализует определяемые ими операции. Компьютер полностью управляется хранимой программой, если не считать возможность внешнего вмешательства оператора и подсоединенных к машине устройств ввода-вывода.
Данные — это числа и закодированные символы, используемые в качестве операндов команд. Однако термин «данные» часто используется для обозначения любой цифровой информации. Согласно этому определению, сама программа (то есть список команд) также может считаться данными, если она обрабатывается другой программой. Примером обработки одной программой другой является компиляция исходной программы, написанной на языке высокого уровня, в список машинных команд, составляющих программу на машинном языке, которая называется объектной программой. Исходная программа поступает на вход компилятора, который транслирует ее в программу на машинном языке.
Рис. 3.1. Базовые функциональные устройства компьютера
Информация, предназначенная для обработки компьютером, должна быть закодирована, чтобы иметь подходящий для компьютера формат. Современное аппаратное обеспечение в большинстве своем основано на цифровых схемах, у которых имеется только два устойчивых состояния, ON и OFF (см. лекцию 2). В результате кодирования любое число, символ или команда преобразуется в строку двоичных цифр, называемых битами, каждый из которых имеет одно из двух возможных значений: 0 или 1. Для представления чисел (как станет ясно из лекции 4) обычно используется позиционная двоичная нотация. Иногда применяется двоично-десятичный формат (Binary-Coded Decimal, BCD), в соответствии с которым каждая десятичная цифра кодируется отдельно, с помощью четырех бит.
Буквы и цифры также представляются посредством двоичных кодов. Для них разработано несколько разных схем кодирования. Наиболее распространенными считаются схемы ASCII (American Standard Code for Information Interchange — американский стандартный код для обмена информацией), где каждый символ представлен 7-битовым кодом, и EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code — расширенный двоично-десятичный код для обмена информацией), в котором для кодирования символа используется 8 бит.