ЛЕКЦИЯ.
Технические средства реализации информационных процессов.
План:
1. Архитектура ЭВМ. Принципы Фон-Неймана.
2. История и поколения ЭВМ.
3. Функционально-структурная организация ЭВМ.
4. Память компьютера.
5. Периферийные устройства.
1. АРХИТЕКТУРА ЭВМ. ПРИНЦИПЫ ФОН-НЕЙМАНА.
Архитектура вычислительной машины(англ.сomputer architecture) – концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.
Электронная вычислительная машина (ЭВМ)– это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации.
Среди архитектур ЭВМ выделяют
– по разрядности интерфейсов и машинных слов:8-, 16-, 32-, 64-разрядные (ряд ЭВМ имеет и иные разрядности);
– по особенностям набора регистров, формата команд и данных:CISC, RISC, VLIW;
– по количеству центральных процессоров:однопроцессорные, многопроцессорные, суперскалярные.
По принципам действия средства вычислительной техники подразделяют на:
– цифровые,
– аналоговые,
– комбинированные.
В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные американским ученым Джоном фон Нейманом в 1945 г. (в отчете «Предварительный доклад о машине EDVAC» он определил и детально описал следующие основные принципы работы и элементы того, что ныне называют «архитектурой фон Неймана» (см. рис. 1)):
|
|
Рис. 1. Схема архитектуры фон Неймана
1) Принцип двоичного кодирования– вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов;
2) Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера. Эффективность программного управления будет выше при решении задачи этой же программой много раз (хотя и с разными начальными данными).
3) Принцип однородности памяти(илипринцип программы, сохраняемой в памяти). Согласно этому принципу, команды программы подаются, как и данные, в виде чисел и обрабатываются так же, как и числа, а сама программа перед выполнением загружается в оперативную память, что ускоряет процесс ее выполнения.
4) Принцип адресности (или принцип произвольного доступа к памяти). В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.
5) Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков:
– устройство ввода/вывода информации;
– память компьютера;
– процессор, состоящий из устройства управления (формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления) и арифметико-логического устройства (производит арифметическую и логическую обработку данных).
На основании этих принципов можно утверждать, что современный компьютер – техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществить вычислительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.
Успех семейства машин IBM PC в первую очередь обеспечивается построением по принципу открытой архитектуры. Основные признаки открытой архитектуры:
– наличие общей информационной шины, к которой возможно подключение различных дополнительных устройств через разъемы-расширения;
– модульное построение компьютера;
– совместимость всех новых устройств и программных средств с предыдущими версиями по принципу «сверху-вниз», то есть последующие разработки должны поддерживать более ранние.