Архитектура ЭВМ по фон Нейману

В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым Джоном фон Нейманом.

Компьютер должен иметь следующие устройства:

Арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

Внешние устройства для ввода-вывода информации

Для работы компьютера необходимо правильное сочетание аппаратного состава (технических устройств) и программного обеспечения.

Аппаратное обеспечение (Hardware) включает в себя устройства для ввода, обработки, хранения, вывода информации. Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Существует понятие базовой конфигурации – т.е. такой набор компонентов, дальнейшее уменьшение которого приведет к нецелесообразности использования компьютера для конкретной работы или даже полной бессмысленности работы с ним. Этот набор можно увидеть практически везде, где используют компьютер, в него входят:

- системный блок (плюс дисковод или винчестер, вмонтированный в корпус);

- монитор;

- клавиатура;

- мышь.

Основные элементы персонального компьютера

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними.

 

Процессор. Микропроцессор - это центральный блок компьютера, предназначенный для управления всеми блоками компьютера и выполнения арифметических и логических операций над информацией. Микропроцессор выполняет следующие основные функции:

• чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

• чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

• прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

• обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;

• выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

 

Одним из самых важных элементов компьютера является память. Все ПК используют три вида памяти: постоянную, оперативную и внешнюю.

Все ПК имеют 4 иерархических уровня памяти:

Микропроцессорная память; (кратковременное хранение, запись и выдача информации, используемые вычислениях в ближайшие такты работы машины)

Основная память (хранение и оперативный обмен информацией с др. устройствами компьютера.)

Кеш-память («сверхоперативная» - промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью.)

Внешняя память («хранилище программ и данных»)

 

Периферийные устройства компьютера

Для связи пользователя и компьютера существуют устройства, называемые устройствами ввода/вывода, внешними или периферийными устройствами.

Периферийные устройства – это любые дополнительные вспомогательные устройства, которые можно подключить к компьютеру для расширения функциональных возможностей. В технической литературе под периферией принято понимать все, что находится вне системного блока

Внешние устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой – пользователями, объектами управления и другими компьютерами.

К внешним относятся:

Устройства ввода информации (Клава, мышь, глаф.планшет, сканеры, граф.манипуляторы и т.п.)

Устройства вывода информации (монитор, дисплей, принтер)

Диалоговые средства пользователя

Средства связи коммуникации

 

Программное обеспечение ЭВМ

В основу работы компьютеров положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа и т.д. Для нормального решения задач на компьютере нужно, чтобы программа была отлажена, не требовала доработок и имела соответствующую документацию. Поэтому относительно работы на компьютере часто используют термин программное обеспечение (ПО, software), под которым понимают совокупность программ, процедур, правил и касающихся функционирования программной системы для решения поставленной задачи. Повышение производительности и качества труда пользователей при использовании программного обеспечения происходит за счёт автоматизации процедур расчётного и оформительского характера, реализуемых с помощью разнообразных средств программирования (алгоритмических языков, пакетов прикладных программ) и удобных средств ввода и вывода информации. Программное обеспечение в настоящее время составляет сотни тысяч программ, которые предназначены для обработки самой разнообразной информации с самыми различными целями. В состав программного обеспечения включают программы и необходимые для их функционирования данные. Все программы состоят из совокупности операторов и данных, описанных на некотором языке программирования, и создаются с помощью инструментальных программ.

Программное обеспечение (ПО) - это совокупность всех программ и соответствующей документации, обеспечивающая использование ЭВМ в интересах каждого ее пользователя.

Классы программных продуктов:

Системное ПО (минимальный набор программных средств для работы ПК, который носит общий характер применения, независимо от специфики предметной области)

Базовое ПО

Операционная система (Windows; Lunix)(посредник человека и компа, управляет ресурсами, обменивается данными между комп. и устройствами)

Операционная оболочка

Сетевая операционная система

Сервисное ПО

Программы диагностики работоспособности ПК

Антивирус

Программы обслуживания дисков

Архиватор

Программы обслуживания сети

Пакеты прикладных программ

Инструментарий технологии программирования

 

Прикладное программное обеспечение – служат инструментом для решения функциональных задач различных предметных областей и являются самым многочисленным классом программных продуктов. Прикладные программы называют приложениями. Они включает в себя: текстовые процессоры; табличные процессоры; базы данных; интегрированные пакеты; системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры); экспертные системы; обучающие программы; программы математических расчетов, моделирования и анализа; игры; коммуникационные программы. Прикладное программное обеспечение работает только при наличии системных программ.

Видеокарта управляет созданием и отображением на дисплее изображения. Из технических характеристик можно отметить объем и тип используемой видеопамяти, наличие (или отсутствие) акселератора (ускорителя), полосу пропускания, определяющей частоту вертикальной развертки (регенерации изображения). Любое изображение на экране видеомонитора представляется набором точек, которые называются пикселями (от английского – элемент картинки). Число точек по горизонтали и вертикали экрана определяет разрешающую способность экрана. Чем выше разрешающая способность экрана, тем качественнее изображение. В зависимости от размера видеопамяти и частоты вертикальной развертки позволяют устанавливать несколько различных значений для разрешения экрана (640х480, 800х600, 1024х768, 1280х1024, 1600х1280 и др.) и палитру, т.е. количество цветов, которые используются для воспроизведения изображения (16, 256, 65535, 16.7 млн.).

Объём хранения данных необходимо измерять в своих особых единицах (вспомните, для массы существуют единицы измерения – килограммы, для длины – метры и т.д.). Для измерения количества информации служит единица измерения, называемая БАЙТ (BYTE). Байт – это основная единица объёма информации. 1 байт информации содержит один символ текста. Один байт состоит из восьми разрядов (цифр) двоичной системы счисления и может состоять из 2⁸ = 256 возможных комбинаций. Один байт передаётся по восьми проводникам, в каждом из которых может быть напряжение или отсутствовать напряжение, т.е. «1» или «0». По десяти проводникам можно передавать 2¹⁰ возможных комбинаций значений. 2¹⁰=1024. А это приблизительно равно 1000. Поэтому были введены единицы измерения информации, в которых стандартные приставки КИЛО, МЕГА, ГИГА лишь приближённо равны обычному своему значению.

1 килобайт = 1 кБ = 1 К = 2¹⁰ байт = 1024 байт

1 Мегабайт = 1 МБ = 1 М = 2²⁰ байт = 1024 К = 1048576 байт

1 Гигабайт = 1 ГБ = 1 Г = 2³⁰ байт = 1024 М =1048576 К = 1073741824 байт.

Дисплей (анг. display — показывать) относится к основным устройствам любого ПК, без которого невозможна эффективная работа. Наиболее важная отличительная особенность современных компьютеров заключается в возможности почти мгновенного взаимодействия (работа в режиме реального времени) между системой и пользователем.

В процессе работы на экране дисплея отображаются как вводимые пользователем команды и данные, так и реакция системы на них.

Принцип работы. Так как информация бывает разной, то используются разнообразные устройства отображения информации. Краткая классификация дисплеев приведена на рисунке. Отличие алфавитно-цифровых и графических дисплеев состоит в том, что:

- первые способны воспроизводить только ограниченный набор символов, причём символы могут выводиться только в определенные позиции экрана (чаще всего на экран можно вывести 24 или 25 строк по 40 или 80 символов в строке);

В зависимости от своего устройства мониторы бывают либо жидкокристаллические, либо с электронно-лучевой трубкой.