Базовые представления об архитектуре ЭВМ

1.

Областное государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Ульяновский авиационный колледж - Межрегиональный центр компетенций»
Базовые представления об
архитектуре ЭВМ
Подготовили студенты группы 22ис-6:
Захаров Даниэль, Бутузов Максим, Ливечуков Андрей

2.

Введение в
архитектуру ЭВМ
Архитектура ЭВМ охватывает основные компоненты и принципы
организации вычислительной системы. Она определяет структуру,
функции и взаимодействие основных блоков: процессора, памяти и
устройств ввода-вывода. Понимание архитектуры ЭВМ является
фундаментом для разработки программного обеспечения и
аппаратного обеспечения.

3.

Основные компоненты ЭВМ
Процессор
Память
Центральный вычислительный
Хранилище данных и программ,
блок, выполняющий обработку
необходимых для работы
информации и управляющий
компьютера. Включает в себя
работой других компонентов
оперативную и постоянную память.
компьютера.
Устройства Ввода/Вывода
Предназначены для взаимодействия компьютера с внешним миром:
клавиатура, мышь, дисплей, принтер и другие периферийные устройства.

4.

Процессор: назначение и
функции
Процессор является центральным компонентом компьютера, отвечающим за
выполнение всех основных вычислительных операций. Он обрабатывает данные,
управляет работой других устройств и координирует функционирование всей
системы. Основными задачами процессора являются считывание команд из памяти,
их декодирование и исполнение.
Выборка и декодирование команд - процессор извлекает инструкции из
памяти и преобразует их в внутренние сигналы, необходимые для
выполнения
операций. операции - процессор выполняет вычисления,
Арифметико-логические
сравнения, логические операции над данными.
Управление памятью - процессор координирует обмен данными между
процессором и различными областями памяти.
Управление вводом-выводом - процессор контролирует передачу данных
между компьютером и внешними устройствами.

5.

Память: виды и принципы
работы
Оперативна
я Память
(RAM)
Постоянная
Память
(ROM)
Принципы
Работы
Памяти
Иерархия
Памяти
Оперативная
Постоянная
Память
компьютеры
память
память
компьютера
имеют
является
используется
использует
многоуровневу
временным
для хранения
адресацию для
ю иерархию
хранилищем
неизменяемых
обращения к
памяти,
данных и
данных, таких
конкретным
включающую
программ, к
как базовая
ячейкам
кэш-память,
которым
система ввода-
хранения.
оперативную
обращается
вывода (BIOS),
Процессор
память и
процессор во
микропрограмм
формирует
хранилища на
время работы
ы и другая
адреса, по
жестких дисках.
компьютера.
критическая
которым
Это
Данные в RAM
информация.
происходит
обеспечивает
могут быстро
Содержимое
чтение или
баланс между
считываться и
ROM
запись данных
скоростью
перезаписывать
сохраняется
в память.
доступа и
ся, но теряются
даже при
объемом
при отключении
отключении
хранения.
питания.
питания.
Современные

6.

Системная шина: передача
данных
Маршрутизация
Данных
Синхронизация
Адресация
Шина синхронизирует
С помощью системной
Системная шина
операции, позволяя
шины процессор
обеспечивает
компонентам системы
получает доступ к
согласованный
координировать доступ
конкретным областям
маршрут для передачи
к общим ресурсам и
памяти и устройствам
данных между
совместно
ввода-вывода по их
процессором, памятью
использовать
уникальным адресам.
и другими
информацию.
устройствами
компьютера.

7.

Ввод/вывод: взаимодействие с
периферией
Устройства ввода
Устройства вывода
Устройства связи
Клавиатура, мышь и
Дисплеи, принтеры и
Сетевые адаптеры,
другие указывающие
акустические системы
модемы и другие
устройства позволяют
обеспечивают
средства коммуникации
пользователю вводить
отображение
позволяют компьютеру
данные и управлять
результатов работы
взаимодействовать с
компьютером.
компьютера для
внешними источниками
человека.
данных.

8.

Архитектура фон Неймана
Память
1
Хранение программ и данных
Процессор
2
Обработка инструкций и вычисления
Управляющее устройство
3
Координация процессора и памяти
Архитектура фон Неймана - это базовая концепция организации компьютерных систем,
в которой центральный процессор, оперативная память и устройства ввода-вывода
образуют единую вычислительную систему. Ключевая особенность - единая память для
программ и данных, что позволяет процессору беспрепятственно обращаться к ним.

9.

Конвейерная обработка данных
Разделение задач
Увеличение пропускной
способности
Конвейерная архитектура разбивает
сложные вычислительные задачи на
Конвейерная обработка позволяет
простые последовательные этапы,
достичь более высокой
выполняемые разными
производительности за счет
функциональными блоками
сокращения времени выполнения
процессора.
отдельных операций.
1
2
Параллельность
Несколько инструкций могут
одновременно обрабатываться на
разных стадиях конвейера, повышая
эффективность использования
процессорных ресурсов.
3

10.

Параллелизм в
архитектуре ЭВМ
Параллельные вычисления играют ключевую роль в современных
архитектурах компьютеров. Множество процессорных ядер
позволяет выполнять несколько операций одновременно, повышая
общую производительность системы.
Технологии параллелизма включают конвейерную обработку,
суперскалярность, многоядерность и векторные вычисления. Они
позволяют эффективно распределять нагрузку и максимально
использовать вычислительные ресурсы.

11.

Перспективы развития
архитектуры ЭВМ
Квантовые Вычисления
Искусственный Интеллект
Создание квантовых компьютеров,
Развитие архитектур,
использующих
оптимизированных для работы с
квантовомеханические явления,
алгоритмами машинного обучения
позволит достичь принципиально
и нейронными сетями, станет
новых уровней производительности
ключом к реализации
и решать задачи, недоступные
интеллектуальных систем с
классическим ЭВМ.
широкими возможностями.
Энергоэффективность
Многоуровневая
Архитектура
Исследования в области
низкотемпературной и оптической
Совмещение различных типов
электроники, а также
процессоров и памяти, а также
инновационных материалов
интеграция с ускорителями и
позволят создавать
специализированными модулями,
сверхэкономичные
обеспечит высокую гибкость и
вычислительные устройства,
масштабируемость будущих
сокращая энергопотребление и
компьютерных систем.
экологический след.