АРХИТЕКТУРА ЭВМ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается понятие архитектуры ЭВМ, информационно-логические принципы организации и построения ЭВМ, работу логических блоков и памяти.

Ключевые слова: структура, ЭВМ, интерфейс, компьютерная логика.

Архитектура ЭВМ - это полное и доступное изложение структуры и работы компьютера на понятном уровне, не содержащее подробностей о технической и физической структуре устройства компьютера.

Архитектура включает в себя следующие методы создания компьютеров:

1. структура памяти ЭВМ;

2. способы доступа к памяти и внешним устройствам;

3. возможность изменения конфигурации;

4. система команд;

5. форматы данных;

6. организация интерфейса.

В 1946 году Джон фон Нейман вместе со своими коллегами Г. Голдстайном и А. Берксом выдвинул идею радикально нового компьютера и обобщил принципы в статье "Предварительные рассмотрения по логическому проектированию электронных вычислительных машин", которая стала своего рода классикой. С того момента прошло полстолетия, но идеи актуальны и сегодня.

Традиционно все компьютеры хранили обрабатывающиеся числа в десятичной форме. Было наглядно продемонстрировано превосходство технической возможности двоичной системы, легкость и доступность арифметических и логических операций в двоичной системе. Позже компьютеры стали обрабатывать нечисловую информацию, такую как текст, графика и звук, но двоичное кодирование данных и сегодня составляет информационную основу компьютеров.

Принцип "хранимой программы" Неймана также был действительно уникальной идеей, которую невозможно преувеличить. Вначале программа настраивалась посредством настройки перемычек на специальной панели переключателей. Например, чтобы изменить программу машины ENIAC, требовались дни (фактический расчет занимал не более нескольких минут, поскольку лампа была разбита). Нейман первым понял, что числа, как набор нулей и единиц, можно хранить в той же памяти, что и числа, обрабатываемые программой. Поскольку между программами и данными нет принципиальной разницы, компьютеры могут генерировать собственные программы на основе результатов вычислений.

Фон Нейман не только предложил основные правила разработки компьютерной логики, но и определил ее конструкцию, которая была воспроизведена в первых двух поколениях компьютеров. Согласно Нейману, базовыми блоками являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно интегрированное в главный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и устройства вывода. Непрерывные линии со стрелочками определяют прохождение информации, пунктирные линии - направление управляющих сигналов от центрального процессора к другим компьютерам.

Современные компьютеры объединяют блок управления с арифметическим и логическим блоком, называемым процессором, который преобразует информацию, поступающую из памяти и внешних устройств (сюда входит извлечение команд из памяти, кодирование и декодирование, различные операции, включая арифметические, и координация работы узлов компьютера). В памяти (ПЗУ) хранится информация и программы. Современные компьютеры имеют "многоуровневую" память, которая включает оперативную память (RAM), где хранится информация, с которой работает компьютер в любой момент времени, и внешние устройства хранения данных (EDS), которые имеют гораздо большую емкость, чем RAM, но доступ к ним осуществляется медленнее. Классификация устройств памяти не ограничивается ОЗУ и ВЗУ, но такие разновидности компьютерной памяти, как СОЗУ (сверхоперативное запоминающее устройство) и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), также выполняют определенные функции.

В компьютерах, построенных по этому методу, команды последовательно считываются из памяти и выполняются. Номер ячейки памяти, откуда берется очередная программная инструкция, обозначается с помощью особого устройства, называемого счетчиком инструкций в УУ. Его присутствие - еще одна особенность целевой архитектуры.

Основы компьютерной архитектуры фон Неймана были столь основательны, что в литературе ее называют " фон Неймановской архитектурой". Большая часть современных вычислительных машин - это машины фон Неймана. Единственным исключением являются некоторые параллельные компьютеры (например, потоковые компьютеры, редуцированные компьютеры), которые не имеют счетчиков команд, не реализуют классические концепции переменных или принципиально отличаются от классической модели.

Если видение машин пятого поколения, которые обрабатывают информацию на основе логических рассуждений, а не вычислений, будет развиваться, это, вероятно, станет значительным отходом от архитектуры фон Неймана.

Список литературы:

1. Архитектура ПК, комплектующие, мультимедиа. - Рудометов Е., Рудометов В. - Питер, 2000.
2. Гейн А.Г., Сенокосов А.И. Информатика. - М.: Дрофа, 2008.
3. Информатика: базовый курс, 2 издание. Издательство «Питер», 2005.
4. Кузнецов А.А. и др. Основы информатики. - М.: Дрофа, 2008.
5. Кушниренко А.Г. и др. Информатика. - М.: Дрофа, 2008.
6. Лебедев Г.В., Кушниренко А. Г.12 лекций по преподаванию курса информатики. - М.: Дрофа, 2008.
7. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. Информатика. М., 2000.
8. Савельев А.Я. Основы информатики. М., 2001.