Организация компьютерной системы

Принципы устройства и работы ЭВМ

Электронная вычислительная машина (ЭВМ), или компьютер (англ. computer – вычислитель) – это электронное устройство, которое предназначено для ввода, обработки, выдачи и хранения информации и в котором вычислительный процесс управляется программой.

Принципы устройства и работы ЭВМ

Архитектура компьютера –

это общая схема построения компьютера с учетом взаимных связей между аппаратными и программными средствами .

Архитектура материнской платы

Принципы устройства и работы ЭВМ

Аппаратное обеспечение (hardware) – это устройства, из которых состоит компьютер , т.е. составные части компьютера и внешние устройства которые, образуют конфигурацию компьютера .

Программное обеспечение (software) – это совокупность всех программ и связанных с ними данных, которые предназначены для выполнения на компьютере.

Организация компьютерной системы

Программное обеспечение

Прикладные программы

Системное ПО

Дополнительное системное ПО

ОС

Пользовательское окружение

Ядро операционной системы

Встроенное ПО

Аппаратная платформа (архитектура компьютера)

Архитектура системы команд

Микропрограмма (микрокод)

Микроархитектура

Цифровой логический уровень

Физический уровень

Организация компьютерной системы

Принципы фон Неймана

Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1945 году американским ученым Джоном фон Нейманом . Дж. фон Нейман сформули-ровал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах .

Основные принципы организации ЭВМ по Дж. Фон Нейману

1. Принцип двоичного кодирования . Согласно этому принципу ЭВМ должна работать не в десятичной, а в двоичной с/с .

2. Принцип программного управления . Все вычисления в машине должны быть представлены в виде программ .

Программа состоит из набора команд, которые выполняются автоматически в порядке их следования в программе .

Основные принципы организации ЭВМ по Дж. Фон Нейману

3. Принцип однородности памяти . Согласно этому принципу, и команды, и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти они неразличимы. Это позволяет над командами производить операции, что и над числами .

4. Принцип адресности основной памяти . Основная память состоит из пронумерованных ячеек , каждая из которых доступна в любой момент времени по ее двоичному адресу или по присвоенному ей имени.

Организация компьютерной системы

Структура ЭВМ , предложенная фон Нейманом, должна содержать следующие основные устройства :

— память (внешняя, основная);

— устройство управления (УУ);

— арифметико-логическое устройство (АЛУ);

— устройство ввода/вывода информации.

Организация компьютерной системы

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

УСТРОЙСТВО ВВОДА

ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ

УСТРОЙСТВО ВЫВОДА

Устройство управления

Арифметико-логическое устройство (АЛУ)

Центральный процессор

Передача данных

Передача управляющих сигналов

Организация компьютерной системы

Современные компьютеры выполнят несколько сотен различных команд. Все команды можно разделить на группы в зависимости от выполняемых операций:

— операции пересылки данных;

— арифметические операции;

— логические операции;

— операции обращения к внешним устр.;

— операции передачи управления;

— обслуживающие и вспомогательные.

Организация компьютерной системы

Концепция ЭВМ, предложенная фон Нейманом, предполагает использование единой памяти , как для хранения данных, так и команд.

Это , с одной стороны, обеспечивает большую гибкость организации вычислений , но с другой стороны, без принятия специальных мер защиты снижается надежность выполнения программы.

Организация компьютерной системы

Это объясняется тем, что поскольку команды, программы и данные кодируются двоичными числами , то теоретически возможно разрушение программы, если обратиться в область программы как к данным.

• Принстонская архитектура,

где единая память для данных и команд – считается классической .

• Гарвардская архитектура,

где ЭВМ имеет отдельную память для команд и отдельную память для данных .

Применяется в управляющих компью-

терах, которые запрограммированы на управление системами.

Организация компьютерной системы

Организация компьютерной системы

• Что понимается под ЭВМ?
• Какие существуют ЭВМ по принципу действия?
• Что понимают под архитектурой компьютерной системы?
• Каковы основные принципы построения ЭВМ по фон Нейману?

Самостоятельная (внеаудиторная) работа: «Смена поколений ЭВМ»

Семакин И.Г. Информатика 10 кл. Ч.2, стр.22-32.

Изучить материал и заполнить таблицу в тетради.

1 поколение

Год начала поколения

2 поколение

Элементная база

3 поколение

Быстродей-ствие

4 поколение

Объем ОЗУ

Название моделей ЭВМ

Организация компьютерной системы

В зависимости от используемой формы представления информации ЭВМ могут быть трех типов: аналоговые , дискретные и гибридные .

ЭВМ разных типов отличаются друг от друга принципами действия , конструктивными решениями и областями приложений .

Организация компьютерной системы

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

АВМ (аналоговые)

ЦВМ (цифровые)

ГВМ (гибридные)

Классификация вычислительных машин по принципу действия.

Организация компьютерной системы

АВМ (аналоговая вычислительная машина) обрабатывает данные , представленные в аналоговой форме , т.е. данные в виде непрерывных значений какой-либо физической величины (чаще всего в виде электрического тока или напряжения).

Организация компьютерной системы

АВМ (аналоговая вычислительная машина) предназначена для выполнения вычислительных задач, например для решения сложных уравнений или систем уравнений . Принцип работы таких машин заключается в построении электрических цепей .

Организация компьютерной системы

К достоинствам АВМ можно отнести простоту подготовки задачи и высокую скорость ее решения , а к недостаткам – неуниверсальность и низкую точность .

Организация компьютерной системы

ЦВМ (цифровая вычислительная машина) в отличие от АВМ оперирует данными в дискретной форме , т.е. обрабатывает данные в виде двоичных кодов .

В настоящее время цифровые компьютеры нашли более широкое применение, чем аналоговые.

Организация компьютерной системы

ЦВМ имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми – они более универсальны , так как позволяют обрабатывать и хранить данные , а получаемые результаты при этом имеют высокую точность .

Организация компьютерной системы

ГВМ (гибридная вычислительная машина) объединяет преимущества аналоговых и цифровых систем . Они обладают большей точностью , чем ЦВМ, и большими возможностями управления , чем АВМ.

Организация компьютерной системы

Такие системы нашли применение при исследовании моделей атомных электростанций, систем управления ракеты и другие. Использование ГВМ позволяет получить точное представ-ление о поведении динамической системы , что очень важно с точки зрения управления этой системой.