Принцип работы компьютера

В соответствии с принципом фон Неймана, компьютер работает под управлением программы, загруженной в основную память. Программа – совокупность команд, которые выполняются в определённой последовательности.

Примеры типовых команд: арифметическое действие, запись, считывание и пересылка данных.

Рассмотрим на схеме выполнение одной из команд (операторов) программы –команды сложения двух чисел – операндов команды (В и С) и получения результата выполнения команды – А:

А = В + С.

Компьютер работает с этой командой, как с последовательностью двоичных сигналов (используем 1 – для сигнала высокого уровня, 0 – для сигнала низкого уровня).

Тогда условно можно представить команду в таком виде:

010 1000 1001 0110,

где 010 – код операции (сложение);

1000 – адрес операнда В;

1001 – адрес операнда С;

0110 – адрес результата А.

Рисунок 5 – Взаимодействие центральных устройств

Тогда последовательность действий будет выглядеть следующим образом (рисунок 5):

1) ЦУУ считывает команду из ОП (в которой записаны исходные данные и программа);

2) ЦУУ передаёт сигнал

· в ОП об адресах операндов (В и С) и результата (А)

· в АЛУ о коде операции (сложение);

3) Из ОП в АЛУ передаются значения операндов B и C;

4) АЛУ

· вычисляет сумму

· передаёт её значение в ОП

· передаёт сигнал в ЦУУ о выполнении команды, на основании которого происходит считывание следующей команды

Процесс взаимодействия центральных и внешних устройств ЭВМ происходит посредством интерфейса (сопряжения), под которым понимается совокупность линии связи между устройствами, а также вид и порядок сигналов, проходящих по этим линиям.

Типы взаимодействия:

· множественный интерфейс - каждое устройство компьютера соединено отдельными линиями связи с другими устройствами;

· единый интерфейс (общая шина) – в этом случае на одну линию связи (шину) параллельно подключены все устройства компьютера. Их взаимодействие происходит в режиме разделённого по времени интерфейса (по очереди).

Шина – не только линии связи, но и устройства синхронизации и усиления сигналов. Важная характеристика шины – пропускная способность (количество информации в единицу времени). Зависит она от разрядности шины и от тактовой частоты компьютера. Разрядность (количество проводов шины) определяет количество бит информации, обрабатываемой одновременно. Тактовая частота задает скорость выполнения операций.

Существуют шины трёх типов:

· Шины данных;

· Шины адресов;

· Шины команд.

Отдельно необходимо отметить особенности наиболее распространенных компьютеров – персональных. Первые персональные компьютеры (ПК) по сравнению с существовавшими ЭВМ имели следующие основные особенности (рисунок 6):

1. Основа элементной базы – микропроцессор (МП) – программно-управляющее средство, построенное на больших интегральных схемах (БИС);

2. Взаимодействие устройств ЭВМ происходит посредством единого интерфейса (общей шины).

Рисунок 6 – Схема персонального компьютера

Центральные устройства:

МП – микропроцессор.

ОП – основная память.

Лекция 4.