Принципы устройства компьютеров

1. Принципы устройства компьютеров

2. Фон-неймановская архитектура ЭВМ

Классические принципы построения ЭВМ были предложены в работе А. Беркса,
Г. Голдстайна и Д. фон Неймана «Предварительное рассмотрение логической
конструкции электронного вычислительного устройства», написанной в 1946
году. Сформулированные в ней принципы построения вычислительных машин
используются и сейчас.
А. Беркс
Д. фон Нейман
Г. Голдстайн

3. Наиболее важные идеи:

•Состав основных компонентов вычислительной машины;
•Принцип двоичного кодирования;
•Принцип адресности памяти;
•Принцип иерархической организации памяти;
•Принцип хранимой программы;
•Принцип программного управления.

4. Основные компоненты машины

Блоки ЭВМ
Арифметическологическое устройство
(обработка данных)
Устройство управления
(выполнение программы и
организация согласованного
взаимодействия всех узлов
машины)
Память
(устройство для хранения
программ и данных)
Устройства вывода
(преобразование результатов
работы ЭВМ в форму,
удобную для восприятия
человеком)
Устройства ввода
(преобразование входных
данных в форму,
доступную компьютеру)

5. Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ,
кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и
разделяется
на
единицы,
называемые
словами.
Авторы
продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической
реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и
логических операций. ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды
информации — текстовую, графическую, звуковую и другие. Двоичное
кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу
компьютера.

6. ПРИНЦИП АДРЕСНОСТИ ПАМЯТИ

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек,
процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так,
чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии
обращаться или менять их в процессе выполнения программы с
использованием присвоенных имен.

7.

Информация может считываться из ячеек и записываться в них в
произвольном порядке, поэтому организованную таким образом память
принято называть памятью с произвольным доступом (RAM)
RAM
Оперативное запоминающее
устройство ОЗУ
При решении задач
пользователя содержание может
быть изменено
Постоянное запоминающее
устройство ПЗУ
При решении задач
пользователя содержание НЕ
может быть изменено
Хранение доступного в любой
момент программного
обеспечения (ПО компьютер
может работать даже тогда, когда
в ОЗУ нет никакой программы

8. Принцип иерархической организации памяти

К памяти компьютера предъявляются два противоречивых требования: ее
объем должен быть как можно больше, а скорость работы – как можно
выше. Компромиссом между производительностью и объемами памяти
является решение использовать иерархию запоминающих устройств, то
есть применять иерархическую модель памяти.

9. Принцип хранимой программы

Он заключается в том, что программный код хранится в той же самой памяти,
что и обрабатываемые данные, и в свою очередь сам представляет собой
специфические данные, с которыми работает процессор во время
выполнения
программы.
В
настоящее
время
применяется немодифицируемый программный код. Это, в свою очередь,
означает, что несколько программ могут его читать и исполнять, не мешая
друг другу, в том числе и на физически параллельных процессорах.

10. Принцип программного управления

Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно
этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая
определяет последовательность действий компьютера.
Важным элементом устройства управления в машине фон-нейромановской
архитектуры является специальный регистр – счетчик адреса команд ( в
различных процессорах этот регистр может называться по- разному). В нем
хранится адрес команды программы, которая будет выполнена следующей.

11. Основной алгоритм работы процессора

1. Из ячейки памяти, адрес которой
записан в счётчике адреса команд,
выбирается очередная команда
программы; на время выполнения
она сохраняется в специальном
регистре команд;
2. Значение счётчика адреса команд
увеличивается так, чтобы он
указывал на следующую команду;
3. Выбранная команда выполняется
(например, при сложении двух
чисел оба слагаемых считываются
в АЛУ, складываются и результат
операции сохраняется в регистре
или ячейке памяти);
4. Далее весь цикл повторяется.

12. Команды перехода

Автоматически выполняя одну команду программы за другой, компьютер
может исполнить любой линейный алгоритм. Для того чтобы в
программе можно было использовать ветвления и циклы, необходимо
нарушить естественную последовательность выполнения команд. Для
этого существуют специальные команды перехода, которые на этапе 3
заносят в счётчик адреса новое значение — адрес перехода. Чаще всего в
программах используется условный переход, т. е. переход происходит
только при выполнении определённого условия.