Тема 5. Принципы работы компьютера

Даже самые современные компьютеры имеют схожие принципы работы с самыми ранними вычислителями. Впервые эти принци­пы изложил в своем докладе знаменитый математик Джон фон Нейман.

В общих чертах работу компьютера можно описать так. Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержи­мое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может зада­вать выполнение арифметических или логических операций, чте­ние из памяти данных для выполнения арифметических или логи­ческих операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Как правило, после выполнения одной команды устройство управ­ления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая на­ходится непосредственно за только что выполненной командой. Од­нако этот порядок может быть изменен с помощью командпере­дачи управления (перехода). Эти команды указывают устройст­ву управления, что ему следует продолжить выполнение програм­мы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой "скачок", или переход, в программе может выпол­няться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате преды­дущей арифметической операции получился нуль и т.д. Это по­зволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз (т.е. организовывать циклы), выполнять раз­личные последовательности команд в зависимости от выполнения определенных условий, т.е. создавать сложные программы.

Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, т.е. без вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внеш­ними устройствами компьютера. Поскольку внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные час­ти компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.

Следует заметить, что схема устройства современных компью­теров несколько отличается от приведенной выше. В частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления. Как правило, объединены в единое устройство — центральный процессор (CPU). Кроме того, процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связан­ных с поступившими сигналами от внешних устройств компьюте­ра — прерываний. Многие быстродействующие компьютеры осу­ществляют параллельную обработку данных на нескольких про­цессорах.