Структура и принцип функционирования ЭВМ

Архитектура ЭВМ

Принципы построения электронных вычислительных машин

Вычислительные машины

Часть 1. Цифровые электронные

Глава 1

Название «электронно-вычислительная машина» (ЭВМ) соответствует изначальной области применения ЭВМ - выполнению научно-технических расчетов. Для современных ЭВМ больше соответствует определение программно - управляемая искусственная система, предназначенная для восприятия, хранения, обработки и передачи информации.

Такое определение подчеркивает, что в основу ЭВМ положен принцип программного управления, предложенный ещё в 1945 году американским математиком Джоном фон Нейманом.

Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.

Архитектуру ЭВМ следует отличать от её структуры. Структура определяет конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки, узлы, элементы и т.д.) и описывает связи внутри вычислительного средства.

Несмотря на то, что современные ЭВМ внешне ничего общего не имеют с первыми моделями, основополагающие идеи, а также архитектурная реализация, предложенная Джоном фон Нейманом, пока не претерпели коренных изменений.

Любая ЭВМ неймановской архитектуры содержит следующие основные устройства:

1. устройство управления (УУ)

2. арифметическо-логическое устройство (АЛУ)

3. запоминающее устройство (ЗУ)

4. устройство ввода (Увв.)

5. устройство вывода (Увыв.)

В современных ЭВМ арифметическо-логическое устройство и устройство управления объединены в общее устройство, называемое центральным микропроцессором. Все вычисления, заданные программой, реализуются центральным микропроцессором, а также он управляет работой всех устройств.

Выполняемая программа и исходные данные, а также промежуточные результаты и другая необходимая информация находятся в запоминающем устройстве - памяти ЭВМ, куда они вводятся через устройство ввода.

Функционально ЗУ делится на внешнюю память и внутреннюю память.

Внешняя память предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью. Для такой памяти используются энергонезависимые переносимые носители информации (жесткие и гибкие диски, магнитные ленты т. д.).

Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную и постоянную памяти.

Оперативная память по объему составляет большую часть внутренней памяти и служит для приема, хранения и выдачи информации. Она энергозависима, т.е. при выключении питания ЭВМ, её содержимое теряется. Называется оперативной, так как здесь хранится оперативная информация.

Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от оперативной памяти, содержимое постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может изменяться в обычных условиях эксплуатации. Она энергонезависима. Здесь хранятся часто используемые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ, различные константы и др.

Устройства ввода и вывода

Обеспечивают связь с внешним миром, и называются внешними или периферийными устройствами. К ним относятся: клавиатура, мышь, дисплей, принтер, сканер и т.д.

ЭВМ работает следующим образом: программа и исходные данные, считываются устройством ввода и загружаются в оперативную память. Центральный микропроцессор считывает из памяти первую команду программы и выполняет её, результат передается на выход ЭВМ, затем считывает следующую команду и так далее.

Таким образом, работа микропроцессора сводится к последовательной выборке команд из памяти и их выполнению. Этот процесс заканчивается в момент выборки команды остановки или окончания обработки информации.

Основные характеристики ЭВМ

К основным характеристикам относятся: быстродействие, емкость памяти, система команд, надежность, универсальность, программная совместимость, габариты, энергопотребление и т.д.

Глава 2. Арифметические основы ЭВМ

Дата добавления: 2014-11-09