Архитектура ЭВМ

Компьютер можно рассматривать как совокупность взаимодействующих простых устройств (конечных автоматов). Рассмотрим такую структуру подробнее.

Память компьютера – последовательность ячеек памяти, то есть физических устройств, куда можно записывать или считывать последовательность битов, каждый из которых хранится в нужном разряде.

Команды, как и числа, размещаются (в битовом изображении) в специальных электронных устройствах – так называемых регистрах.

Регистр – электронное устройство, как и ячейка памяти, запоминающее и хранящее (временно) последовательность битов определенной длины. Регистры реализуются более дорогими и чувствительными физическими устройствами и поэтому, по сравнению с основной памятью компьютера, регистровая память или так называемая кэш-память – невелика.

Каждой команде ставится в соответствие операция, производится расшифровка кода этой операции, затем извлекаются операнды или числа, над которыми необходимо выполнить операцию. Далее выполняется операция с этими операндами, и результат операции помещается в соответствующую ячейку памяти.

Кроме оперативной памяти, компьютер имеет внешнюю память (ВЗУ) с большой емкостью, но с большим временем записи или считывания информации. Внешняя память реализуется с помощью внешних носителей информации, таких как оптические носители, флэш накопители.

Джон фон Нейман предложил ряд принципов, которые легли в основу классической архитектуры компьютера:

1. Память состоит из однородных ячеек памяти с адресами.

2. Программа состоит из последовательных команд.

3. Хранение программы и обрабатываемых ею данных – одинаковое, в битовом виде.

4. Команды выполняются последовательно, данные извлекаются в соответствии с командами.

5. Процессор – имеет централизованное управление и доступ к памяти.

Структура ЭВМ фон Неймановской архитектуры приведена на 7.1.

Рис. 7.1. Структура ЭВМ фон Неймановской архитектуры

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические, логические операции.

Пример. Команды АЛУ – просты: "сравнить два числа", "переслать число", "взять дизъюнкцию" и др.

Устройство управления (УУ) организует работу ЭВМ, в частности это устройство извлекает очередную команду из памяти, расшифровывает команду, выбирает из памяти операнды к расшифрованной команде и передает их АЛУ для выполнения расшифрованной операции, а после выполнения пересылает результат для хранения в память. При этом УУ реагирует на нормальный или аварийный ход выполнения операции.

Совокупность АЛУ и УУ, информационно-управляющих линий называется процессором компьютера (его структура приведена на рис. 10.3; жирная линия – информационное взаимодействие, другая – управляющее).

Рис. 7.2. Структура процессора

Обмен информацией с компьютером осуществляется устройствами ввода и устройствами вывода.

Пример. Устройствами ввода являются, например, клавиатура, мышь, дисплей, видео камера. Устройствами вывода — дисплей, принтер.

Распространенный тип компьютера – персональный компьютер. Персональный компьютер отвечает требованиям малой стоимости, малых размеров, малого энергопотребления, высокой надежности, высокого уровня интеграции компонентов, адаптируемости к разнообразным применениям и др.

Ядро персонального компьютера – системная (материнская плата), на которой размещаются: микропроцессор, микропроцессорная память, интерфейсная система микропроцессора для сопряжения и связи с другими устройствами, генератор тактовых импульсов, контроллеры устройств (схем), интегрированных в материнскую плату, микросхемы ОЗУ и ПЗУ и др.

Другими важными устройствами персонального компьютера являются:

· дисковод;

· CD-ROM (устройство только для чтения компакт-дисков) или CD-RW (чтение и перезапись);

· монитор (дисплей);

· видеокарта (видеоадаптер) для обеспечения связи системного блока и монитора;

· клавиатура;

· принтер;

· сканер;

· манипулятор-мышь;

· звуковая карта (адаптер);

· звуковые колонки;

· модем и др.

Классификацию компьютеров проводят по быстродействию, технологии использования и др.

Необходимо соблюдать простые санитарно-гигиенические и эргономические правила работы на компьютере, в компьютерном зале:

• работа с компьютером не более 4-х часов подряд с 10-минутными перерывами после каждого часа интенсивной работы или после 2-х часов менее интенсивной работы;
• расстояние от глаз до поверхности экрана – не менее 0,6 м;
• перемещаемость клавиатуры относительно экрана в пределах 0,5-1,0 м;
• преимущественно желтый, зеленый, серый или светло-голубой фон дисплея;
• температура воздуха в помещении – 15-25 градусов по Цельсию;
• относительная влажность помещения – 45-75%;
• наличие свободной площади рабочего стола не менее 0,3x1,0 м;
• размер экрана по диагонали – не меньше 17 дюймов;
• разрешение экрана – не менее 800x600 и др.