Устройство компьютера

Принципы устройства компьютера 

Принципы устройства компьютера : 

• состав основных компонентов вычислительной техники;
• принцип двоичного кодирования;
• принцип адресности памяти;
• принцип иерархической (многоуровневой) организации памяти;
• принцип хранимой программы;
• принцип программного управления.

Архитектура фон Неймана

Джон фон Нейман (1903-1957) - венгеро-американский математик еврейского происхождения, сделавший важный вклад в квантовую физику, квантовую логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли науки.

Наиболее известен как человек, с именем которого связывают архитектуру большинства современных компьютеров (так называемая архитектура фон Неймана), применение теории операторов к квантовой механике (алгебра фон Неймана), а также как участник Манхэттенского проекта и как создатель теории игр и концепции клеточных автоматов.

Подробнее об архитектуре Джона фон Неймана

Архитектура компьютера - это общие принципы построения конкретного семейства компьютеров(PDP, ЕС ЭВМ, Apple, IBM PC, ...).

К архитектуре компьютера относят:

• принципы построение команд и их кодирование;
• форматы данных и особенности их машинного представления;
• алгоритм выполнения команд программы;
• способы доступа к памяти и внешним устройствам;
• возможности изменения конфигурации оборудования.

К архитектуре НЕ относят особенности конкретного компьютера: набор микросхем, тип жесткого диска и др.

Принцип двоичного кодирование: 

Все данные хранятся в двоичном коде

Принцип адресности памяти:

• оперативная память состоит из отдельных битов;
• группы соседних битов объединяются в ячейки;
• каждая ячейка имеет свой адрес(номер);
• нумерация ячеек начинается с нуля;
• за один раз можно записать или прочитать только целую ячейку.
• размеры ячеек: у первых ЭВМ - 36, 48, 60 битов, сейчас - 8 битов

Память с произвольным доступом

RAM = Random Access Memory(чтение данных их ячеек и запись в них в произвольном порядке).

• ОЗУ - оперативное запоминающее устройство (оперативная память).
• ПЗУ - постоянное запоминающее устройство.

ROM = Read Only Memory(содержит программное обеспечение для загрузки и тестирования компьютера; запись запрещена).

Иерархическая организация памяти

Требования к памяти:

• большой объем;
• высокая скорость доступа.

Эти требования противоречивы!

• использование несколько уровней памяти: внутренняя память(небольшой объем, высокое быстродействие), внешняя память(большой объем, низкое быстродействие).

Принцип хранимой программы

 

Код программы хранится в ПЗУ или во внешней памяти и загружается в ОЗУ для решения задач.

Программа хранится в единой памяти вместе с данными.

Принцип программного управления

• программа - это набор команд;
• команды выполняются процессором автоматически в определенном порядке;

Счетчик адреса команд - это регистр процессора, в котором хранится адрес следующей команды.

IP (Instruction Pointer) в процессорах Intel.

Основной алгоритм работы процессора:

1. Выбрать команду;
2. Записать в счетчик команд адрес следующей программы;
3. Выполнить команду;
4. Перейти к пункту №1.

Начальный адрес может заносится:

• вручную(в первых ЭВМ);
• из ПЗУ, аппаратно(тестирование, потом передача управления загрузчику операционной системы).