29

5. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭВМ. СТРУКТУРА ЭВМ, НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ БЛОКОВ

Принципы построения ЭВМ, как мы говорили ранее, были заложены в 40-ые годы нашего столетия знаменитым ученом Джоном фон Нейманом (19031957), тогда, когда появились первые электронно-вычислительные машины, эти принципы, несмотря на то, что современные ЭВМ очень непохожи на своих бабушек ни по внешнему виду, ни по функциям ими выполняемыми, используются до сих пор:

1.Машина должна работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления (бинарной), Это означает, что программа и данные должны быть записаны в коде двоичной системы, где каждое число или символ представляется определенной комбинацией нулей и единиц.

2.Программа, которая управляет последовательностью выполнения операций, должна храниться в памяти машины. Там же должны храниться исходные данные и промежуточные результаты.

3.Чтобы достаточно быстро можно было считать, память компьютера следует организовать по иерархическому принципу, т.е. она должна состоять, по крайней мере, из двух частей: быстрой, но небольшой по емкости (оперативной) и большой (и поэтому медленной) внешней.

Машины, построенные на этих принципах, называются машинами фоннеймановского типа или машиной с фон-неймановской архитектурой.

Компьютер, отклоняющийся от этой схемы, называется нефон-неймановским. В последнее время чаще всего нарушают второй принцип, требующий, чтобы вычислительный процесс управлялся программой. В нефон-неймановской архитектуре управление вычислительным процессом происходит не программой, а получаемыми результатами - данными.

Рис. 5.1.

Рис 5.2

Любую ЭВМ фон-неймановского типа можно представить в виде автомата, имеющего четыре главных узла (Рис.5.1), без которых невозможно функционирование компьютера: процессора, запоминающего устройства, и

30

устройств ввода и вывода. Обмен информацией между устройствами осуществляется с помощью общей шины или общей магистрали.

Остановимся подробно на каждом узле процессор рис.5.2 (в машинах третьего и четвертого поколения это микропроцессор), состоит из

арифметическо-логического устройства (АЛУ) управляющего устройства

(УУ). Основную долю обработки информации осуществляет АЛУ. На вход АЛУ подается информация в виде кода операции оператора, который указывает, что должно делать АЛУ и операндов - чисел или слов, с которыми этот оператор должен работать. На выходе АЛУ появляется результат этой операции. АЛУ работает как карманный калькулятор, немедленно выдает результат, если в него с помощью клавиш вводить числа. Управляет работой АЛУ управляющее устройство (УУ), действующее на основе информации, поступающей из запоминающего устройства, где хранятся все сведения, необходимые для его работы. Поэтому следующим по важности элементом компьютера является память. Функции памяти выполняет запоминающее устройство (ЗУ).

Одной из разновидностей ЗУ является оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), в котором процессы записи и считывания информации происходят очень быстро. Это основная память компьютера. Именно здесь и хранятся программа и данные, необходимые для немедленного решения каждой конкретной задачи.

Работа компьютера сводится к организации взаимодействия АЛУ (знающего «как делать») и ЗУ (знающему «что делать»). Сами по себе АЛУ и ЗУ взаимодействовать не могут. Это осуществляет управляющее устройство (УУ), которое взаимодействует со всеми узлами компьютера и организует передачу информации от одного узла к другому для выполнения программы, записанной в ОЗУ.

Процессор и ОЗУ это главные части компьютера, он может работать, имея только их, но такой компьютер никому не нужен. Чтобы компьютеру передать задание, нужно чтобы он имел устройство ввода, а для того чтобы узнать результат - устройство вывода.

К устройствам ввода относится клавиатура или пульт. Это устройство похоже на пишущую машинку. Пользователь посылает команды машине в виде символов и букв, имеющихся на клавиатуре, такие команды сами по себе ей не понятны, и требуют перевода на специальный машинный язык. Это осуществляет специальное устройство интерфейс (inter - между, face - лицо). Интерфейс - это правила взаимодействия различных устройств. Эти правила можно реализовать программно и тогда будем иметь программу интерфейса. Правила интерфейса, реализованные аппаратурно − называются интерфейсным устройством. Например, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий электрический ток в его цифровое представление в двоичном коде, является типичным интерфейсом между электрическим процессом и компьютером, который перерабатывает этот процесс.

Мы уже говорили о машинах пятого поколения, в них ввод будет осуществляться голосом через микрофон.

31

Если компьютер используется для контроля управления каким-либо объектом и в него нужно вводить показания приборов и датчиков, тогда в качестве интерфейса используется устройство связи компьютера с объектом.

Устройством ввода служат также внешние запоминающие устройства

(ВЗУ) – это компакт-кассеты, магнитные ленты и магнитные диски. Информация, которая вводится с этих устройств, должна быть получена также с помощью компьютера. ВЗУ служат для передачи информации с одного компьютера на другой.

Всю совокупность клавиш клавиатуры можно условно разбить на три группы: символьные, функциональные и клавиши управления курсором.

Символьные клавиши служат для ввода текста, т.е. букв, цифр и специальных символов.

Цифровые клавиши предназначены для ввода чисел, а в режиме <Num Lock> управляют курсором.

Назначение функциональных клавиш подавать команду. Смысл команд определяется активной в данный момент программой, поэтому жесткого закрепления значений у этих клавиш нет.

Клавиши управления курсором ответственны за передвижение курсора по экрану относительно текущего экранного изображения.

К устройствам вывода информации относятся дисплей и принтер. Монитор или дисплей (display - показ) предназначен для отображения текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или

графическом.

В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакоместа (чаще всего 25 строк по 80 символов). В графическом режиме экран монитора представляет собой область, разбитую на клетки или точки, размер этих точек - это минимальная единица изображения, которую монитор может воспроизвести четко и раздельно. Эти точки называются пикселями. Пиксели могут храниться, адресоваться и показываться.

Количество пикселей, которое может воспроизвести монитор, называется его разрешающей способностью. “Разрешающая способность 800х600” означает, что монитор может воспроизводить 600 горизонтальных строк по 800 точек в каждой строке.

Мониторы бывают с электронно-лучевой трубкой и жидкокристаллические, которые применяются в переносных компьютерах.

Для фиксации компьютерной информации в текстовом (символьном) виде, используют принтеры - печатающие устройства.

Разработанные с помощью компьютера чертежи какого-либо изделия выводятся на бумагу с помощью графопостроителя - автоматической чертежной доски, управляемой компьютером. Чертежи на лист наносятся рапидографом - инструментом, напоминающим фломастер.

В последнее время появилось еще одно устройство вывода - синтезатор речи, который преобразует числа, слова и фразы, образованные в памяти

32

компьютера в электрические колебания, соответствующие голосу или звукам музыкальных инструментов.

Все основные узлы компьютера: микропроцессор, ОЗУ, контроллеры или адаптеры (электронные схемы, служащие промежуточным звеном между ОЗУ и внешними устройствами, соединены с микропроцессором и ОЗУ через шину), блок питания, накопители или дисководы для гибких магнитных дисков (ВЗУ), накопитель на жестком магнитном диске (винчестер) объединяются в ПЭВМ в системный блок .

К системному блоку компьютера могут быть присоединены кроме клавиатуры и дисплея и другие устройства ввода-вывода информации, называемые внешними устройствами, например:

мышь - устройство, облегчающее ввод информации в компьютер джойстик - манипулятор для компьютерных игр и др.

Некоторые дополнительные устройства могут вставляться внутрь системного блока (модемы, CD Rom) или имеют смешанную структуру соединения (сканеры).

Контрольные вопросы и задания:

1.Из каких основных частей состоит машина фон-неймановского типа и каково их назначение?

2.В каких режимах может работать монитор?

3.Что такое разрешающая способность монитора?

4.Что такое пиксель?

5.Какие устройства ввода-вывода информации вы знаете?

6.Подготовьте сообщения на тему:

«Современные устройства ввода/вывода»;

«Что такое виртуальная реальность и общение в интерактивном

режиме»

«Архитектура современных процессоров»