Устройство и принцип действия компьютера

Устройство ЭВМ. В 1948 году барон Джон фон Нейман разработал принципы построения вычислительной машины. Согласно Нейману она должна состоять из следующих основных устройств:

1. АЛУ - арифметико-логическое устройство – для выполнения вычислительных операций.

2. УУ - устройство управления, управляет работой всех устройств ЭВМ, организует процесс выполнения программы.

3. ОЗУ – оперативное запоминающее устройство или Память – для хранения данных, программ и результатов их выполнения.

4. 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.).

 

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.

Выделяют несколько уровней организации компьютера (компьютерной архитектуры), от двух и более:^[1]

Уровень 0

Цифровой логический уровень, это аппаратное обеспечение машины, состоящий из вентилей. См. также Логические элементы (защелки), триггеры, регистры

Уровень 1

Микроархитектурный уровень, интерпретация (микропрограммы) или непосредственное выполнение. Электронные схемы исполняют машинно-зависимые программы. Совокупность регистров процессора формирует локальную память. См. также арифметико-логическое устройство.

Уровень 2

Уровень архитектуры системы команд, трансляция (ассемблер).

Уровень 3

Уровень операционной системы, трансляция (ассемблер). Это гибридный уровень: одна часть команд интерпретируется операционной системой, а другая — микропрограммой. См. также виртуальная память, файлы.

Уровень 4

Уровень языка ассемблера, трансляция (компилятор). Четвертый уровень и выше используется для написания прикладных программ, с первого по третий — системных программ. Программы в удобном для человека виде транслируются на язык уровней 1-3.

Уровень 5

Язык высокого уровня. Программы на языках высокого уровня транслируются обычно на уровни 3 и 4.

 

Характеристики 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).

 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.

Рис. 2. Устройство микропроцессора

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.

 

14. Системный блок. Корпуса. Блок питания. Кабели и разъемы. Проводники.

Системный блок содержит материнскую плату, в которую вставляются все основные платы блока (процессор, ОЗУ, видеокарта, звуковая карта и др.), дисководы для дискет и компакт-дисков, винчестеры. К системному блоку через контроллеры (согласующие устройства) подсоединяются клавиатура, дисплей, мышь, принтер, сканер, модем, джойстик, телевизионный тюнер и др. Конструктивно системный блок может быть выполнен в горизонтальном (модель "Baby") и в вертикальном (модель "Tower") исполнениях.