Классическая архитектура компьютера
(Архитектура фон Неймана Джон
фон Нейман (von Neumann) (1903 - 57) - американский математик ) - архитектура компьютера,
предусматривающая одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство
управления (УУ). через которое проходит поток данных, и одно устройство
управления (УУ), через которое проходит поток команд.
Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков:
• Устройства ввода/вывода информации
• Память компьютера
• Процессор, состоящий из устройства управления (УУ) и
арифметико-логического устройства (АЛУ)
Все эти блоки состоят из отдельных меньших устройств. В частности, в
центральный процессор могут входить арифметико-логическое устройство (АЛУ),
внутреннее запоминающее устройство в виде регистров процессора и внутренней
кэш-памяти, управляющее устройство (УУ). Устройство ввода, как правило, тоже
не является одной конструктивной единицей. Поскольку виды входной информации
разнообразны, источников ввода данных может быть несколько. Это касается и
устройств вывода.
Схематично общая структура компьютера изображена на рис.1.
Рис. 1. Общая структура компьютера
Запоминающее устройство - это блок ЭВМ, предназначенный для временного
(оперативная память) и продолжительного (постоянная память) хранения
программ, входных и результирующих данных, а также промежуточных
результатов. Информация в оперативной памяти сохраняется временно лишь при
включенном питании, но оперативная память имеет большее быстродействие. В
постоянной памяти данные могут сохраняться даже при отключенном компьютере,
но скорость обмена данными между постоянной памятью и центральным
процессором, в подавляющем большинстве случаев, значительно меньше.
Арифметико-логическое устройство - это блок ЭВМ, в котором происходит
преобразование данных по командам программы: арифметические действия над
числами, преобразование кодов и др. ( Арифметико-логическое устройство -
часть процессора, выполняющая машинные команды).
Управляющее устройство(BIOS) координирует работу всех блоков компьютера. В
определенной последовательности он выбирает из оперативной памяти команду за
командой. Каждая команда декодируется, по потребности элементы данных из
указанных в команде ячеек оперативной памяти передаются в АЛУ; АЛУ
настраивается на выполнение действия, указанной текущей командой (в этом
действии могут принимать участие также устройства ввода-вывода); дается
команда на выполнение этого действия. Этот процесс будет продолжаться до тех
пор, пока не возникнет одна из следующих ситуаций: исчерпаны входные данные,
от одного из устройств поступила команда на прекращение работы, выключено
питание компьютера.
Принципы Джона фон Нейман
В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие
принципы, сформулированные в 1945 году ДЖОНОМ фон НЕЙМАНОМ.
• Принцип двоичного кодирования:
Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с
помощью двоичных сигналов.
• Принцип программного управления:
Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются
процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
• Принцип однородности памяти:
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не
различает, что хранитсяв данной ячейке памяти - чисчло, текст или команда.
Над командами можно выполнять такие жедействия, как и над данными.
• Принцип адресности
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
запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять
их в процессе выполнения прграммы с использованием присвоенных имен. |
