Информатика и программирование
1 Основные принципы устройства компьютера общего назначения, сформулированные Джоном фон Нейманом. Их техническая реализация на современных компрьтерах
Устройство и принцип действия персонального компьютера
Устройство ЭВМ. В 1948 году барон Джон фон Нейман разработал принципы построения вычислительной машины. Согласно Нейману она должна состоять из следующих основных устройств:
АЛУ - арифметико-логическое устройство – для выполнения вычислительных операций.
УУ - устройство управления, управляет работой всех устройств ЭВМ, организует процесс выполнения программы.
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство или Память – для хранения данных, программ и результатов их выполнения.
ВУ – внешние устройства (УВВ – устройства ввода-вывода – дисплей, клавиатура, принтер, сканер, мышь, ПЗУ – постоянное запоминающее устройство - винчестер и др.
Все устройства соединены тремя шинами: ША, ШД и ШУ – шины адресов, данных и управления (рис. 1.).
Ш
У
МП
АЛУ УУ ОЗУ ВУ МП =АЛУ+УУ+RG
МикроЭВМ=МП+ОЗУ+ВУ
ШД
ША
Рис. 1. Устройство компьютера (основные блоки)
где
МП – микропроцессор, основное устройство компьютера, выполняющее все арифметические и логические операции;
RG – регистры СОЗУ (сверхоперативного ЗУ).
Принцип действия: Работа ЭВМ организуется по циклу "Выборка-Выполнение". Программа с помощью ВУ записывается в ОЗУ в последовательные ячейки. Затем УУ по ША находит первую ячейку, по ШД считывает первую команду (подцикл Выборка), после чего УУ соединяет между собой все устройства, необходимые для её выполнения и команда выполняется (подцикл Выполнение). Затем из следующей ячейки выбирается и выполняется следующая команда и т.д.. Таким образом организуется автоматическое выполнение программы.
Устройство процессора
Процессор состоит из 3-х основных частей – АЛУ, УУ и регистров (RG - являются сверхоперативным запоминающим устройством - памятью СОЗУ и служат для хранения исходных данных и внутренних промежуточных результатов; БР1,БР – буферные регистры, используются для ввода данных-операндов в АЛУ и регистр-аккумулятор, который получает результат из АЛУ и хранит его).
Сч.К
УУ RG
АЛУ
МП
БР1
БР2 ОЗУ
А
Рис. 2. Устройство микропроцессора
АЛУ соединено с регистром Сч.К – счётчиком команд, содержимое которого автоматически увеличивается на 1 после считывания предыдущей команды. ОЗУ не входит в состав МП.
Пр. Сложить операнды, расположенные в ячейках 0011 и 0100, результат поместить в яч. 0111. Команда Сложить записана в яч. 0000.
Команды в процессоре выполняются следующим образом: УУ с помощью ШУ подключается к адресной шине ША и из первой ячейки ОЗУ (0000) считывает команду Сложить, содержимое счётчика команд Сч.К увеличивается на 1, т.е. указывает адрес следующей команды. Согласно команде, УУ через ШУ подключает шину данных ШД к ячейке ОЗУ 0011 и к буферному регистру БР1, содержимое ячейки ОЗУ (т.е. первый операнд) по ШД переписывается в БР1. Далее, согласно команде, УУ аналогично подключает ШД к ячейке 0100 и к БР2 и второй операнд переписывается в буферный регистр БР2.На этом подцикл Выборка завершается. Затем УУ пересылает по ШУ в АЛУ код команды Сложить и содержимое БР1 и БР2 складывается в АЛУ в двоичном коде, результат автоматически передаётся в регистр-аккумулятор А. УУ по ШУ соединяет ШД с регистром А и ячейкой ОЗУ 0111 и результат выполнения команды (арифметическая сумма в двоичном коде) переписывается в яч. 0111 – подцикл Выполнение завершён.
Регистр Сч.К уже содержит адрес следующей команды (яч. 0001 ОЗУ), УУ по ША активизирует её, считывает новую команду и цикл повторяется.