Архитектура персонального компьютера

Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ).

Компьютер - это многофункциональное электронное автоматическое устройство для накопления, обработки и передачи информации. Работа компьютера имитирует (моделирует) информационную деятельность человека. Но компьютер - это техническое устройство. Поэтому для того, чтобы он выполнил определенные действия, им нужно управлять. Компьютер действует как формальный автоматический исполнитель алгоритмов обработки информации. Это его главное свойство. Автоматизм в его работе означает, что некоторые свои действия он выполняет без вмешательства человека в соответствии со следующими принципами:

1) информация кодируется с помощью двоичных цифр;

2) работа компьютера управляется с помощью программы (идея Чарльза Бэббиджа);

3) программа, состоящая из отдельных команд, хранится в памяти компьютера (по предложению фон Неймана каждая команда программы работы компьютера, кодируемая последовательностью из определенного числа нулей и единиц, помещается как число в одной из ячеек оперативной памяти - ОЗУ).

Действительно, компьютерная программа – это закодированная информация о действиях, которые предписывается выполнить компьютеру. По своей сути программа представляет собой алгоритм, который исполняет компьютер, записанный или на языке машинных двоичных кодов, или на специальном языке программирования. С другой стороны, программы составляются программистами по алгоритмам для решения определенных задач. Человек не должен объяснять исполнителю свои цели и смысл команд программы. Очевидно, что компьютер не может и не должен понимать смысла совершаемых им действий. Кроме того, компьютер не обладает способностью к анализу результатов, например, с точки зрения их соответствия постановке задачи.

Итак, компьютер не может обойтись без программы и исходных данных, подготовить которые под силу только человеку. С этой точки зрения решение задачи компьютером - это также формальное исполнение алгоритма ее решения, закодированного и хранимого вместе с данными в оперативной памяти. Для человека этот факт важен потому, что он должен понимать ограниченность возможностей компьютера как исполнителя, необходимость самому предусмотреть все тонкости команд, поручаемых компьютеру для исполнения, и что вся ответственность за использование компьютеров обществом лежит только на людях.

Чтобы определить понятие "архитектура ЭВМ", нужно указать перечень наиболее общих принципов построения ЭВМ, которые относятся к архитектуре:

• структура памяти ЭВМ;
• способы доступа к памяти и внешним устройствам;
• возможность изменения конфигурации компьютера;
• система команд;
• форматы данных;
• организация интерфейса (совокупности средств и правил, обеспечивающих логическое или физическое взаимодействие и информационный обмена между исполнительными устройствами автоматической системы или системы "человек - машина").

Итак, получаем следующее определение архитектуры: " Архитектура - это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов".

Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман. Он подключился к созданию первой в мире ламповой ЭВМ ENIAC в 1944 г., когда ее конструкция была уже выбрана. Со своими коллегами Г.Голдстайном и А.Берксом фон Нейман высказал идею принципиально новой ЭВМ. В 1946 г. ученые изложили свои принципы построения вычислительных машин в ставшей классической статье "Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства". В статье обосновывается использование двоичной системы для представления чисел, предлагается принцип "хранимой программы", а также была предложена структура ЭВМ, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ.

Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) обычно объединяемые в центральный процессор, память, внешняя память, устройства ввода и вывода.

На рисунке представлена архитектура ЭВМ, построенная на принципах фон Неймана. Двойные линии показывают направление управляющих сигналов от процессора к остальным узлам ЭВМ, а одиночные линии указывают направление информационных потоков.

Внешняя память отличается от устройств ввода и вывода тем, что данные в нее заносятся в виде, удобном компьютеру, но недоступном для непосредственного восприятия человеком.

Дата добавления: 2014-12-07