Классическая (неймановская) структура ЭВМ

 

Исторически, компьютер рассматривался как устройство, способное решать вычислительные задачи, стоящие перед человеком. Позже компьютер стали рассматривать как устройство, моделирующее основные информационные функции человека:

· прием и передача информации;

· хранение информации;

· обработка информации;

Таким образом, компьютер - это комплекс технических устройств для приема, передачи, хранения и обработки информации.

Примечание. Иногда в литературе делают различие между названиями “ЭВМ” и “компьютер”. Под ЭВМ понимают комплекс устройств для решения чисто вычислительных задач (именно таковы были первые созданные машины), а словом “компьютер” обозначают более универсальный инструмент, предназначенный для работы с различными видами информации. Однако за рубежом и самые первые машины и современные называются “компьютер”: “Эниак” (ENIAC - Electronic Numerical Integrator And Computer); “Эдвак” (EDVAC - Electronic Discrete Automatic Variable Computer).

 

Классические принципы функциональной организации и работы ЭВМ (компьютера), обозначенные в докладе фон Неймана заключаются в следующем:

· наличие основных устройств: УУ, АЛУ, ОЗУ, устройств ввода-вывода;

· хранение данных и команд в памяти;

· принцип программного управления;

· последовательное выполнение операций;

· двоичное кодирование;

· использование электронных элементов и электрических схем.

Остановимся на каждом пункте подробнее.

Основные компоненты ЭВМ

Чтобы быть эффективным, универсальным инструментом, компьютер должен включать в себя следующие основные устройства:

· центральное устройство управления (УУ),

· арифметико-логическое устройство (АЛУ),

· запоминающее устройство,

· устройства ввода-вывода информации.

 

Взаимодействие этих основных устройств представлено на схеме (Рис. 1). Стрелками на схеме показаны направления потоков информации и управляющих команд.

Рис. 1. Взаимодействие основных устройств компьютера

Назначение основных устройств

Устройство управления (УУ) позволяет управлять всем ходом процесса обработки информации, координирует работу всех устройств. На самом деле управление работой компьютера производит программа, хранящаяся в памяти. А что же делает тогда устройство управления? Устройство управления - это техническое воплощение идеи, заложенной в программе. Функция устройства управления заключается в том, чтобы прочесть очередную команду, расшифровать ее и подключить необходимые цепи и устройства для ее выполнения. Таким образом, работу УУ можно представить как циклическое повторение следующих действий (Рис. 2):

Рис. 2. Работа устройства управления

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций в процессе обработки информации.

Оперативное запоминающее устройство, или просто память, предназначено для временного хранения информации - данных и команд, в процессе обработки.

Память можно представить как набор ячеек, в которых в закодированном виде хранится информация, при этом команды и данные на равноправных началах могут храниться в любой ячейке. Информация хранится в ОЗУ до тех пор, пока компьютер не выключен или пока не выполнена команда очистки памяти. В процессе обработки информации АЛУ и ОЗУ непрерывно взаимодействуют между собой: данные выбираются из памяти и пересылаются в АЛУ для обработки, а результаты обработки из АЛУ пересылаются в память для хранения (данная связь обозначена на схеме стрелками).

Устройства ввода и вывода участвуют в процессе передачи информации от пользователя компьютеру и от компьютера пользователю. Поскольку через них информация поступает в компьютер из внешней среды и от компьютера пересылается во внешнюю среду, устройства ввода-вывода называют внешними или периферийными. Устройство ввода воспринимает информацию в той или иной форме, преобразует ее в двоичный код и далее УУ направляет поток информации в обработку. Устройство вывода преобразует информацию к виду, удобному для пользователя.