Литература
1. Информатика: Базовый курс / С.В. Сименович и др. – СПб.: Питер. 2001. – 640 с.
2. Информатика: Учебник. Под ред. Проф. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика. 1999 – 768 с.
3. Информационные технологии. Учебное пособие. Н. Д. Писаренко, О. Ю. Никифорова, О. А. Лукинова. Воронеж: ВГТА. 2004.
4. Лекции по информатике. Электронный документ “Информатика”.
Тема 1. Общие принципы организации и функционирования компьютера
1.1. Архитектура и структура эвм. Принципы построения компьютеров
Электронная вычислительная машина (ЭВМ, компьютер) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами<!--[51]-->.
При рассмотрении ЭВМ как средства обработки информации важную роль играет понятие архитектуры ЭВМ (рис. 1.1).
Архитектура
ЭВМ
Вычислительные
и логические возможности
Аппаратные
средства
Программное
обеспечение
Структура ЭВМ
Операционная
система
Система команд
Организация
памяти
Языки
программирования
Форматы
данных
Организация
ввода-вывода
Прикладное ПО
Быстродействие
Принципы
управления
Рис. 1.1. Основные компоненты архитектуры ЭВМ
Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.
Архитектура ЭВМ описывает множество особенностей компьютера, среди которых важнейшими являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство эксплуатации, а одним из главных компонентов архитектуры являются аппаратные средства. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.
Архитектуру вычислительного средства следует отличать от его структуры. Структура компьютера – это описание совокупности его функциональных элементов и связей между ними.
Современные ЭВМ внешне не имеют ничего общего с первыми моделями, созданными в 30 – 40- годах 20 века. Однако, основополагающие идеи, заложенные в них и связанные с понятием алгоритма, разработанного Аланом Тьюрингом, а также архитектурной реализацией, предложенной Джоном фон Нейманом, пока не претерпели коренных изменений (за исключением систем параллельной обработки информации).
К принципам построения компьютеров, сформулированные Дж. фон Нейманом в 1945 г., относятся следующие
1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности 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. Над 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 этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.