Классическая архитектура ЭВМ

Основы учения об архитектуре ЭВМ заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман. В 1945 г. Джон фон Нейман подготовил доклад. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем Джон фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.

Основные из них:

— В состав компьютера входят орган арифметики и управления (процессор), орган памяти, орган связи с внешним миром (устройства ввода и вывода).

— Единственным источником активности в ЭВМ является процессор, который управляется программой, находящейся в памяти ЭВМ.

— Обработка информации происходит только в регистрах процессора.

— Вся память разбита на ячейки и каждой ячейке присвоен адрес (принцип дискретности и адресуемости памяти).

— Каждая машинная команда содержит следующие предписания: из каких ячеек взять обрабатываемую информацию; какие действия с ней совершить; в какие ячейки направить полученный результат.

— Принцип хранимой программы: машинная программа, которая составлена из команд в двоичном коде, хранится в ячейках памяти.

— В каждый момент времени процессор выполняет одну команду, адрес которой хранится в специальном регистре сопроцессорной памяти – счетчике команд.

— Процессор выполняет команду за командой в соответствии со счетчиком команд, пока не получит команду остановиться.

Схема классической архитектуры компьютера («фон-неймановская архитектура»)

Разработанные Джоном фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальны, что получили название «фон-неймановской архитектуры». Основными блоками по Нейману являются (см. рис. 2): устройство управления УУ, АЛУ, память (внутренняя и внешняя), устройства ввода и вывода. Устройство управления и арифметически-логическое устройство обычно объединяются в одно, называемое центральным процессором.

Процессор – центральный блок компьютера, предназначенный для обработки информации и управления работой компьютера в целом. Конструктивно процессор представляет собой микросхему (или блок микросхем). Микросхема (интегральная схема) – сложная электронная схема, образованная большим количеством электронных элементов, сформированных на поверхности кристалла кремния (или другого полупроводника).

В его составе два основных устройства: арифметико-логическое устройство (предназначено для обработки информации, выполнения арифметических и логических операций над данными); устройство управления – управляет работой компьютера (формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные управляющие сигналы).

Основное предназначение памяти – хранение информации. Различают внутреннюю и внешнюю память компьютера.

Внутренняя память реализуется в виде микросхем. Высокая скорость обмена сигналами с процессором, что обеспечивает быстрый доступ к хранимой информации. Ёмкость внутренней памяти невелика в сравнении с ёмкостью внешних носителей информации. В составе внутренней памяти выделяют оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). ОЗУ предназначена для хранения информации, с которой компьютер работает в данный момент. Зависит от источника питания, содержимое исчезает при его отключении. ПЗУ предназначено для хранения информации, к которой необходим быстрый доступ, но нет возможности с каждым новым включением загружать ее в ОЗУ. Такая информация записывается в ПЗУ в заводских условиях и в дальнейшем может быть только прочитана.

Внешняя память. К ней относятся накопители на магнитных и оптических дисках вместе с носителями информации, электронные устройства внешней памяти – флэш-память. Их функция – обеспечить чтение и запись информации на внешние носители. Если накопитель работает с дисками, то его называют дисководом. Например, дисковод жестких дисков, дисковод гибких дисков, дисковод компакт-дисков.