Основные принципы работы компьютера

Принципы работы и структура компьютера

В основу работы компьютера положены следующие основные принципы.

Принцип программного управления

Данный принцип предложен в середине XIX века английским математиком Августой Адой Лавлейс.

Суть его заключается в следующем: функционирование компьютера происходит по заранее составленной и помещенной в его память программе.

Программа представляет собой последовательность команд, которые может выполнять компьютер. Каждая команда реализует определенную элементарную операцию по обработке данных. Например, это могут операции выборки из памяти или записи в память данных, арифметические операции над данными (сложение, вычитание, умножение, деление), операции сравнения данных и т.п.

Здесь и далее под термином данные будем понимать порции информации, связанной с решаемой на компьютере задачей, которые хранятся в его памяти в закодированном виде (в виде двоичных кодов, т.е. последовательностей из нулей и единиц).

Команда также представляет собой двоичный код, определяющий какую операцию и над какими данными необходимо выполнить. Весь набор команд, которые может выполнять компьютер некоторого типа, принято называть его машинным (внутренним) языком или языком машинных команд.

Компьютеры разных типов имеют разные машинные языки и «понимают» только свой машинный язык. Таким образом, чтобы решить на компьютере любую задачу (вычислительную, обработки текста, графики и т.д.), надо иметь программу на его машинном языке, определяющую, какие операции, над какими данными и в какой последовательности нужного выполнить, чтобы достигнуть требуемого результата.

Принцип произвольного доступа к ячейкам основной памяти

Этот принцип предложен в 1945году выдающимся математиком венгерского происхождения Джоном фон Нейманом и заключается в том, что компьютеру в произвольный момент времени доступна любая ячейка его основной (оперативной) памяти, причем время доступа (время чтения или записи данного) одинаково для всех ячеек.

Основная память компьютера разбита на минимально допустимые ячейки памяти, именуемые байтами. Байты памяти пронумерованы и для доступа к ним используются их порядковые номера – адреса байт. При этом общее число N байт памяти называется объемом основной памяти.

Основная память

0001

0002 байты памяти с их номерами

0003

.

.

.

000N

Замечание. В общем случае ячейка памяти для хранения данного (в зависимости от его типа) может занимать не только один байт, но и несколько последовательных байт. Кроме того, у компьютера, помимо основной памяти, имеются еще и другие виды памяти (см. далее).

Принцип хранимой программы

Этот принцип также был предложен Джоном фон Нейманом. Он состоит в том, что программа решения задачи при ее выполнении также хранится в основной памяти наряду с обрабатываемыми данными.

Это означает, например, что команды одной программы могут быть результатом выполнения другой программы, т.е. очень трудоемкий процесс создания программ на языке машинных команд можно возложить на сам компьютер.