Общие принципы построения и архитектура вычислительных машин

Общие принципы построения и архитектура ЭВМ. Современные электронно – вычислительные машины по принципу построения аналогичны персональному компьютеру.

Архитектурой компьютера называется ее логическая организация, структура и ресурсы, которые может использовать пользователь. Принцип открытой архитектуры заключается в том, что компьютер устроен аналогично "конструктору". Фирма IBM PC сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей.

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

· Принцип программного управления.

· Принцип однородности памяти.

· Принцип адресности.

1) Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.

А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, 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. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без “счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.

Компьютер - универсальное многофункциональное электронное устройство для создания, обработки, хранения и передачи информации. Работая за персональным компьютером, мы чаще всего видим монитор, клавиатуру, системный блок и мышь. Хотя можно работать и без мыши, но для этого придется запомнить множество комбинаций клавиш на клавиатуре. Вне поля зрения остается не менее важная составляющая компьютерной системы – программное обеспечение. Рассмотрим подробнее структурная схема ПК.

Процессор

Процессор находится в системном блоке, кроме этого, там расположены: блок питания, системная (материнская) плата, устройства внутренней памяти, устройства внешней памяти и др. Вместо термина "системный блок" иногда употребляют термин "платформа".

Системная плата является основной в системном блоке. Она содержит компоненты, определяющие архитектуру компьютера: процессор и сопроцессор, постоянную (ROM) и оперативную (RAM) память, кэш-память, интерфейсные схемы шин, гнёзда расширения, обязательные системные средства ввода-вывода и др.

Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые называются чипсетами, чипами. Часто на системных платах устанавливают и контроллеры дисковых накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и др. В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п. Внешние устройства подключаются к материнской плате через специальные разъемы – слоты.

Все устройства компьютерной системы объединяет магистраль или шина, служит для управления устройствами, передачи данных и адресов. Соответственно делится на: шину управления, шину данных и адресную шину. В этом заключается магистрально-модульный принцип построения ПК:

Процессор осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой всех устройств компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены. В составе процессора находится еще несколько устройств, называемых регистрами.

У компьютеров функции центрального процессора выполняет микропроцессор (МП) - сверхбольшая интегральная схема (СБИС), реализованная в едином полупроводниковом кристалле (кремния или германия) площадью меньше 10 кв. см, которая выполняет все функции управляющего устройства. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера. Ведущее место по производству микропроцессоров занимают фирмы Intel и AMD. Наиболее используемые микропроцессоры в нашей стране:Pentium, Celeron, Duron, Athlon.

Микропроцессоры различаются рядом важных характеристик:

· тактовой частотой обработки информации;

· разрядностью;

· адресным пространством.