5. Структурная схема эвм. Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ)

ПАМЯТЬ

ПРОЦЕССОР

ПРОГРАММА

УУ

СЧЁТЧИК КОМАНД

РЕГИСТРЫ КОМАНД

АЛУ

РЕГИСТРЫ ОПЕРАНДОВ

ДАННЫЕ

СУММАТОР

УВВ

Рис. 1 Структурная схема ЭВМ

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, то есть средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определённый интервал времени. В основу архитектуры современных ПК положен магистрально-модульный принцип.

Магистраль (системная шина) – это набор электронных линий, связывающих процессор, основную память и периферийные устройства воедино относительно передачи данных, служебных сигналов и адресации памяти. Конструктивно составные части системного блока и магистраль располагаются на системной плате, которая содержит основные узлы, а элементы связи, например с приводами накопителей, дисплеем и другими периферийными устройствами на ней отсутствуют. В таком случае эти отсутствующие элементы располагаются на отдельных печатных платах, которые вставляются в специальные разъёмы расширения, предусмотренные для этого на системной плате. Эти дополнительные платы называют дочерними, а системную плату – материнской.

Функциональные устройства, выполненные на дочерних платах, часто называют контроллерами или адаптерами, а сами дочерние платы – платами расширения. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Процессор выполняет арифметические и логические операции, взаимодействует с памятью, управляет и согласует работу периферийных устройств.

Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера происходит по образующим магистраль трём многоразрядным шинам (многопроводным линиям связи), соединяющим все модули – шине данных, шине адресов, шине управления. Разрядность шины определяется количеством битов информации, передаваемых по шине параллельно.

ЭВМ представляет собой комплекс технических и программных средств, способный выполнять определенный набор элементарных арифметических и логических операций.

Данные – это информация, которая вводится в ЭВМ с целью последующей обработки.

Принцип действия ЭВМ состоит в выполнении программы – заранее заданной, четко определенной последовательности арифметических и логических операций.

Описание операции, которую должна выполнить ЭВМ, называется командой. Каждая команда имеет свой код, свои исходные данные (операнды) и свой результат.

Разнообразие современных ЭВМ очень велико, но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любой ЭВМ следующие главные устройства:

МИКРОПРОЦЕССОР . CPU – центральное процессорное устройство.

Его функции:

1. Обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций.

2. Программное управление работой других устройств ЭВМ.

3. Считывание очередной команды из программы, находящейся в памяти, и выполнение операций, предписываемых этой командой.

Ту часть процессора, которая производит выполнение операций, предусмотренных данной ЭВМ называют АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКИМ УСТРОЙСТВОМ. ( АЛУ)

Другую его часть, выполняющую функции управления устройствами, называют УСТРОЙСТВОМ УПРАВЛЕНИЯ. ( УУ).

В составе микропроцессора имеется ряд специальных запоминающих ячеек, называемых РЕГИСТРАМИ.

Регистр выполняет две функции:

1. Кратковременное хранение числа или команды.

2. Выполнение над ними некоторых операций.

Регистр отличается от ячейки памяти тем, что может не только хранить двоичный код, но и преобразовывать его.

Счётчик команд – регистр устройства управления, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды, служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти

Регистр команд – служит для хранения кода команды на период времени, необходимый для её выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода выполняемой операции, остальные – для хранения кодов адресов операндов.

Устройства ввода-вывода (УВВ)

УСТРОЙСТВА ВВОДА – осуществляют ввод и преобразование исходной информации в машинную форму.

УСТРОЙСТВА ВЫВОДА – обеспечивают вывод и отображение результатов обработки информации.

Для электрического соединения устройств компьютера служат ШИНЫ, представляющие собой совокупность проводников.

К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести:

1. Чтение/запись данных из оперативной памяти

2. Запись/чтение данных их внешних запоминающих устройств

3. Чтение данных с устройств ввода

4. Пересылка данных на устройства вывода

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, формируя код адреса данного устройства, а для ОЗУ – код адреса ячейки памяти. Код адреса передаётся по адресной шине, причём сигналы по ней передаются в одном направлении – от процессора к устройствам (однонаправленная шина).

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ)

Компьютер – это многофункциональное электронное автоматическое устройство для накопления, обработки и передачи информации. Работа компьютера имитирует (моделирует) информационную деятельность человека. Но компьютер – техническое устройство, поэтому для того, чтобы он выполнил определённые действия, им нужно управлять. Компьютер действует как автоматический, формальный исполнитель алгоритмов обработки информации. Это главное свойство любого компьютер а. Автоматизм в его работе означает, что некоторые действия он выполняет без вмешательства человека в соответствии со следующими принципами:

1. Двоичное кодирование информации

2. Программное управление работой компьютера (идея Чарльза Бэббиджа)

3. Хранимая программа (по предложению Джона фон Неймана) наряду с данными каждая команда программы работы компьютера, кодируемая определённой последовательностью из нулей и единиц, помещается как число в одной из ячеек оперативной памяти

Современный компьютер – это единство аппаратных средств и программного обеспечения. Компьютерная программа – это закодированная информация о действиях, которые предписывается выполнить компьютеру, алгоритм для исполнения компьютером, записанный или на языке двоичных кодов, или на специальном языке программирования.

Человек вводит с клавиатуры команды компьютерной программы, написанной им на языке программирования. Команды накапливаются в оперативной памяти, автоматически переводясь в машинные коды благодаря программе-переводчику – транслятору. Устройство управления процессора воспринимает, считывая из оперативной памяти, команду за командой, анализирует, а затем организует её выполнение, используя соответствующие устройства компьютера. Для выполнения команд самим процессором в нём предусмотрено арифметико-логическое устройство. Выполнив одну команду из оперативной памяти, компьютер переходит к следующей команде и так, пока не встретит команду на окончание работы или команду, которую не сможет выполнить. Выполнение команд компьютером осуществляется с помощью электронных схем, реализующих логические функции булевой алгебры: логическое умножение, сложение, отрицание.

Программы составляются программистами для решения определённых задач. Человек не объясняет исполнителю-компьютеру свои цели и смысл команд программы, компьютер не обладает способностью к анализу результатов, например, относительно их соответствия постановке задачи. Таким образом, и с этой точки зрения решение задачи компьютером – также формальное исполнение алгоритма её решения, закодированного и хранимого вместе с данными в оперативной памяти.