Составные части компьютера

Современные компьютеры представляют собой технические системы, отличающиеся сложной структурой, большим числом электронных элементов и электромеханических деталей, а также сложностью выполняемых функций. При множестве электронных элементов, используемых в компьютере, число их типов сравнительно невелико – все устройства имеют регулярную структуру, т.е. состоят из большого числа типовых схем.

Преобразование информации в компьютере выполняется при помощи электронных схем, имеющих различную сложность. По функциональной сложности принято делить электронные схемы компьютера на элементы, узлы и устройства.

Элемент – это простейшая часть компьютера, выполняющая операции над двоичными цифрами (битами). Основные элементы могут быть логическими или элементами памяти. Логические элементы выполняют двоичные (бинарные) операции, на основе которых осуществляются практически все преобразования информации. В качестве логических элементов используются элементы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ и т.д. Элементы памяти чаще всего представляют собой триггеры различных типов: RS-, JK-, D- или Т -триггеры. Кроме логических элементов и элементов памяти в состав компьютера входят вспомогательные элементы, усиливающие или формирующие сигналы стандартной формы.

Узлы состоят из элементов и выполняют операции над байтами или словами, состоящими из нескольких байтов. К типовым узлам компьютера относятся регистры, счетчики, сумматоры, дешифраторы, селекторы, мультиплексоры и др. Несколько узлов могут объединяться в функциональные блоки (например, блок сумматора может включать в себя собственно сумматор и регистр сумматора).

Устройства компьютера строятся из элементов и узлов и выполняют определенный набор однотипных операций. К устройствам относятся запоминающие устройства, арифметико-логическое устройство, центральное устройство управления, устройства ввода и вывода. Устройства компьютера конструктивно выполняют отдельно или несколько устройств объединяют в один конструктивный блок (например, системный блок может объединять устройство управления, арифметико-логическое устройство и устройства памяти).

В зависимости от состава узлы могут быть комбинационного (комбинационные схемы – КС) или накапливающего типа (автоматы с памятью, последовательные схемы).

Узлы комбинационного типа состоят из логических элементов. Их главная особенность заключается в том, что выходной сигнал (Y) зависит только от комбинации входных сигналов (X)в данный момент времени, при этом каждой комбинации сигналов на входе соответствует выходной сигнал.Выходной сигнал может измениться только при получении другого входного сигнала. При неоднократном повторении одного и того же входного сигнала значение выходного также повторяется, поэтому комбинационная схема фактически осуществляет перекодировку входных сигналов в выходные. Несмотря на кажущуюся примитивность логики работы комбинационных схем, все основные преобразования информации в компьютере выполняются с их помощью. Это объясняется тем, что в основе преобразования данных в ком­пьютере заложено выполнение логических операций.

Автоматы с памятью состоят из логических элементов и элементов памяти.Информация, записанная в памяти автомата, называется состоянием автомата (Q).Выходной сигнал автомата в общем случае зависит от сигнала на входе и состояния автомата, поэтому при одном и том же входном сигнале автомат может выдавать различные выходные сигналы. При работе автомата в его памяти накапливается обобщенная информация о всех входных сигналах, поступивших к данному моменту времени, поэтому состояние автомата и выходной сигнал зависят от всей предыстории входных сигналов. Наличие памяти позволяет автомату выполнять не только отдельные операции, но и последовательности взаимосвязанных операций, т.е. заданные алгоритмы обработки данных. Компьютер в целом представляет собой сложный автомат с памятью большой емкости.