1.2 Принципы фон Неймана

В своем докладе Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен компьютер для того, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обработки информации.

Устройства компьютера.

Прежде всего компьютер должен иметь следующие устройства:

• арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;  

• устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;  

• запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;  

• внешние устройства для ввода-вывода информации.

 

• Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек.

• в каждой ячейке могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ.  

• Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.

Вот каковы должны быть связи между устройствами компьютера (одинарные линии показывают управляющие связи, двойные - информационные):

Рисунок 1.4 - Устройство компьютера.

Принципы работы компьютера.

В общих чертах работу компьютера можно описать так:          

• с помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.

• Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая команда (инструкция) программы, и организует ее выполнение.

• 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 команд передачи управления (перехода). Это позволяет организовать выполнение одной и той же последовательности команд в программе много раз (цикл) и создавать достаточно сложные программы (ветвление).

• Поскольку внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода.

• Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит в режим ожидания сигналов от внешних устройств.    

 

1.3 Особенности современных компьютеров

схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенной выше.

• Арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство — центральный процессор.

• Процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера — прерываний.

• Параллельная обработка данных на нескольких процессорах.  

Поколения ЭВМ.

1951 г. - Начато массовое производство компьютера UNIVAK I. Появилось первое поколение ЭВМ. Элементная база - электронные лампы, ртутные линии задержки, запоминающие ЭЛТ, магнитные барабаны и сердечники.

1960 г. - Появление второго поколения ЭВМ. Элементная база - транзисторы. Период широкого внедрения ЭВМ общего назначения.

1970 - 1975 г.г. - Почти одновременно появились третье и четвертое поколения ЭВМ. Элементная база - ИС, БИС, СБИС.  

Существует и другая классификация поколений ЭВМ

•Механические машины (до 1940 г.)

•Компьютеры на вакуумных электронных лампах (1943 – 1959 г.г.)

•Транзисторные компьютеры (1959 – 1968 г.г.)

•Компьютеры на интегральных схемах (1969 – 1977 г.г.)

•Комьютеры на больших интегральных схемах (1978 – 2008 г.г.)

•Цифровые оптические компьютеры (1990 г. – до наст. времени)

•Фотонно-кристаллические компьютеры?

•Биокомпьютеры?