На каких принципах построены компьютеры

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последовательности.

Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного перехода, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды "стоп".

Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Под командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).

Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции - перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных 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 впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Компьютеры, построенные на перечисленных принципах, относятся к типу фон-неймановских.

Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без счетчика команд, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам необязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не фон-неймановскими.

Основные характеристики компьютера

(разрядность, тактовая частота, объем оперативной и внешней памяти, производительность и др.)

Процессор. Важнейшей характеристикой процессо­ра, определяющей его быстродействие, является его частота, т. е. количество базовых операций (напри­мер, операций сложения двух двоичных чисел), кото­рые производит процессор за 1 секунду.

За двадцать с небольшим лет тактовая частота процессора увеличи­лась в 500 раз, от 4 МГц (процессор 8086, 1978г.) до 2 ГГц (процессор Pentium 4, 2001 г.).

Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность про­цессора.

Разрядность процессора определяется коли­чеством двоичных разрядов, которые процессор обра­батывает за один такт. Разрядность процессора увели­чилась за 20 лет в 8 раз. В первом отечественном школьном компьютере «Агат» (1985 г.) был установлен процессор, имевший разрядность 8 бит, у современного процессора разрядность равна 128-256 бит.

Оперативная (внутренняя) память. Оперативная память представляет собой множество ячеек, Каждая ячейка имеет свой уникальный двоичный ад­рес. Ячейка памяти имеет объем 1 байт.

В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически уста­новленной оперативной памяти практически всегда различаются. Например, объем адресуемой памяти может достигать 4 Гбайт, а величина фактически уста­новленной оперативной памяти будет значительно меньше — скажем, «всего» 256 Мбайт.

Оперативная память аппаратно реализуется в виде модулей памяти различных типов (SIММ, DIММ) и разного объема (от 1 до 256 Гбайт). Модули различа­ются по своим геометрическим размерам: устаревшие модули SIММ имеют 30 или 72 контакта, а современ­ные модули DIММ — 168 контактов.

Долговременная (внешняя) память. В качестве внешней памяти используются носители информации различной информационной емкости: гибкие диски (1,44 Мбайт), жесткие диски (до 50 Гбайт), оптические диски CD-ROM (650 Мбайт) и DVD (до 10 Гбайт). Са­мыми медленными из них по скорости обмена данны­ми являются гибкие диски (0,05 Мбайт/с), а самыми быстрыми — жесткие диски (до 100 Мбайт/с).