Что прежде всего должен иметь компьютер по принципам фон неймана
Что прежде всего должен иметь компьютер по принципам фон неймана
1.6. ПРИНЦИПЫ ФОН НЕЙМАНА
В 1945 г. к работе над созданием вычислительной машины был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман.
В своем докладе Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен компьютер для того, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обработки информации.
Прежде всего, компьютер должен иметь следующие устройства:
1. арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
2. устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
3. запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
4. внешние устройства для ввода-вывода информации.
Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых 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).
Особенности современных компьютеров. Следует заметить, что схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенной выше. В частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство — центральный процессор. Кроме того, процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера — прерываний. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах. Тем не менее, большинство современных компьютеров в основных чертах соответствуют принципам, изложенным фон Нейманом.
Принципы работы компьютера
В общих чертах работу компьютера можно описать так. Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.
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). Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой «скачок», или переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился пуль и т.д. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз (т.е. организовывать циклы), выполнять различные последовательности команд в зависимости от выполнения определенных условий и т.д., т.е. создавать сложные программы. Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, т.е. без вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. 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 к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.
Что прежде всего должен иметь компьютер по принципам фон неймана
Компьютер должен иметь:
Память компьютера представляет собой некоторое количество пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.
Как всякая техника, компьютеры развивались в сторону увеличения функциональности, целесообразности и красоты. Есть вообще утверждение, претендующее на закон: совершенный прибор не может быть безобразным по внешнему виду и наоборот, красивая техника не бывает плохой. Компьютер становится не только полезным, но и украшающим помещение прибором. Внешний вид современного компьютера, конечно, соотносится со схемой фон Неймана, но в то же время и разнится с ней.
В настоящее время обычный персональный компьютер представляет собой комплекс, состоящий из:
Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана
В середине 1940-х проект компьютера, хранящего свои программы в общей памяти был разработан в Школе электрических разработок Мура (англ. Moore School of Electrical Engineering ) в Университете штата Пенсильвания. Подход, описанный в этом документе, стал известен как архитектура фон Неймана, по имени единственного из названных авторов проекта Джона фон Неймана, хотя на самом деле авторство проекта было коллективным. Архитектура фон Неймана решала проблемы, свойственные компьютеру ENIAC, который создавался в то время, за счёт хранения программы компьютера в его собственной памяти. Информация о проекте стала доступна другим исследователям вскоре после того, как в 1946 году было объявлено о создании ENIAC. По плану предполагалось осуществить проект силами Муровской школы в машине EDVAC, однако до 1951 года EDVAC не был запущен из-за технических трудностей в создании надёжной компьютерной памяти и разногласий в группе разработчиков. Другие научно-исследовательские институты, получившие копии проекта, сумели решить эти проблемы гораздо раньше группы разработчиков из Муровской школы и реализовали их в собственных компьютерных системах. Первыми пятью компьютерами, в которых были реализованы основные особенности архитектуры фон Неймана, были:
Основные устройства ПК. Прежде всего, компьютер, согласно принципам фон Неймана, должен иметь следующие устройства:
Прежде всего, компьютер, согласно принципам фон Неймана, должен иметь следующие устройства:
5) арифметически-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
6) устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
7) запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
8) внешние устройства для ввода-вывода информации.
Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.
Следует заметить, что в схеме устройства современных ПК арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство — центральный процессор.
Рис. 1
Различные устройства ПК связаны между собой каналами передачи информации. Из внешнего мира информация поступает в компьютер через устройства ввода. Поступившая информация попадает во внутреннюю память. Если требуется длительное ее хранение, то из внутренней памяти она переписывается во внешнюю. Обработка информации осуществляется процессором при непрерывной связи с внутренней памятью: оттуда извлекаются исходные данные, туда же помещаются результаты их обработки. Из внутренней памяти информация может быть передана во внешний мир через устройства вывода.
Работа любого компьютера осуществляется благодаря взаимосвязи двух компонентов: аппаратной части (hardware) и программного обеспечения (software). 
Системный блок с помощью разъемов (на задней стенке) и электрических кабелей связан со всеми устройствами ввода и вывода информации.
В состав системного блока входят следующие основные функциональные части: процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, два устройства для работы с гибкими магнитными дисками, запоминающее устройство на жестком магнитном диске, дополнительные электронные схемы, обеспечивающие связь системного блока с остальными устройствами компьютера.
Устройство для работы с гибкими магнитными дисками называется также накопителем на гибких магнитных дисках, а сами гибкие диски называют также дискетами или флоппи-дисками. Запоминающее устройство на жестком магнитном диске называют накопитель на жестком диске или накопитель типа Винчестер.
Замечание: в разных литературных источниках история появления данных терминов далеко не однозначна, тем не менее, эти термины окончательно утвердились во всем мире.
Принципы фон Неймана
Фон Нейман сформулировал 5 основных принципов:
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
Архитектура фон Неймана
Архитектура ЭВМ фон Неймана включает:
К каждому ЭВМ прилагается список операций, которые могут проводиться с его помощью. Команда имеет следующую структуру:
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
Принципы фон Неймана на практике
В компьютерах последних поколений все так же применяется двоичная система, принципы автоматической работы и сохранности. Оставшиеся 2 принципа применяются в отдельных случаях.
Есть модели, способные устанавливать отличия между данными и программами. В таких компьютерах ячейки не просто хранят информацию, но и имеют метку, указывающую на характер ее содержимого. Чтобы сэкономить память, метки устанавливаются не на каждую ячейку, а на их последовательность, что дает возможность различать команды и данные.
Во многих современных компьютерах нарушаются принципы однородности и линейности. К примеру, память состоит из 2 частей с независимыми адресами ячеек, или ячейки в принципе без адресов (ассоциативная память).
Все модели новых поколений, у которых больше 1 процессора, не выполняют команды последовательно. У таких компьютеров есть возможность выполнять сразу несколько команд, при этом они могут относиться к одной программе, или к разным.
Принципы фон Неймана работы компьютера
арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции. В наше время это устройство называется центральный процессор. Центральный процессор (central processing unit) – микропроцессор компьютера, представляющий собой микросхему, которая управляет всеми процессами, происходящими в компьютере;
устройство управления, которое организует процесс выполнения программ. В современных компьютерах арифметическо-логическое устройство и устройство управления объединены в центральный процессор;
запоминающее устройство (память) для хранения программ и данных;
внешние устройства для ввода-вывода информации.
Память компьютера представляет собой некоторое количество пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.
Принцип работы:
С помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.
Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы и организует ее выполнение. Команда может задавать:
выполнение логических или арифметических операций;
чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций;
запись результатов в память;
ввод данных из внешнего устройства в память;
вывод данных из памяти на внешнее устройство.
Устройство управления начинает выполнение команды из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему необходимо продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в иной ячейки памяти.
Результаты выполнения программы выводятся на внешнее устройство компьютера.
Компьютер переходит в режим ожидания сигнала от внешнего устройства.
основной электронной платы (системной, материнской), на которой размещены те блоки, которые осуществляют обработку информации вычисления;
схем, управляющих другими устройствами компьютера, вставляемых в стандартные разъемы на системной плате – слоты;
дисков хранения информации;
блока питания, от которого подводится электропитание ко всем электронным схемам;
корпуса (системный блок), в котором все внутренние устройства компьютера устанавливаются на общей раме;
клавиатуры;
монитора;
других внешних устройств.
‹ Перспективы развития компьютерных систем
Вверх
Ручные и механические средства вычислений ›