Устройство ЭВМ (в помощь начинающему)

Приложение

Устройство ЭВМ

(лекция преподавателя)

1. Общая схема ЭВМ.

Определение 1. ЭВМ - это комплекс разнообразных технических и программных средств, способных без вмешательства человека последовательно одна за другой выполнить длинную цепочку элементарных математических и логических операций.

Описание операции, которую должна выполнить ЭВМ, называют командой.

Совокупность команд, которую может выполнить некоторая ЭВМ, называется системой команд данной ЭВМ.

Последовательность команд, предложенную ЭВМ для исполнения, называют программой.

Несмотря на разнообразие современных ЭВМ, их структура основана на общих логических принципах.

В классической структуре ЭВМ (часто называемой структурой фон Неймана по имени ее создателя) можно выделить три основные блока:

1. Память (запоминающее устройство);

2. Процессор;

3. Устройства ввода-вывода.

Все устройства ЭВМ соединены каналами связи, по которым передается информация и управляющие сигналы.

2. Память ЭВМ.

Память ЭВМ должна обеспечить:

- прием информации из других устройств;

- запоминание информации;

- выдачу информации по запросу в другие устройства ЭВМ.

Всю память ЭВМ можно поделить на внешнюю и внутреннюю.

2.1 Внутренняя память.

В состав внутренней памяти ЭВМ входит оперативная память (ОП, ОЗУ), сверхоперативная память (кэш-память) и постоянная память (ПП, ПЗУ).

2.1.1 Оперативная память (ОЗУ).

ОЗУ - это память, непосредственно связанная с процессором.

Предназначена для временного хранения программы, с которой работает пользователь, данных к ней и результатов ее работы. Информация ОЗУ теряется при выключении электропитания ЭВМ. Объем ОЗУ сравнительно небольшой. Эта память предназначена для записи и считывания информации.

Построена ОЗУ из ячеек, хранящих от 1 до 8 байт. Каждая ячейка имеет свой индивидуальный номер (адрес). Это делает доступ к ячейкам ОЗУ прямым. Наличие у ячейки адреса позволяет отличать ячейки друг от друга, чтобы записать в новую информацию или извлечь имеющуюся. Содержимое ячейки при этом остается прежним.

2.1.2 Кэш-память.

Эта сверхоперативная память имеет малую емкость; используется для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и ОЗУ.

Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к оперативной, используется кэш-память для хранения наиболее часто используемых участков ОЗУ.

2.1.3 Постоянная память (ПЗУ).

ПЗУ используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Прежде всего в постоянную память записывают базовую систему ввода-вывода - BIOS. Содержимое ПЗУ записывается один раз изготовителем, поэтому в процессе эксплуатации информацию можно только считывать. Так как содержимое памяти не подлежит изменению, то при выключении ЭВМ информация не теряется.

2.2 Внешняя память (ВЗУ).

Внешняя память используется, обычно, для хранения архивов программ и данных.

Информация размещена на внешних носителях, поэтому не зависит от того, включен или выключен компьютер. Большинство устройств позволяют не только читать, но и записывать информацию.

В состав ВЗУ ЭВМ входят:

- накопители на гибких магнитных дисках (дискеты);

- накопители на жестких магнитных дисках (винчестеры);

- CD-ROMы;

- флеш-накопители;

- накопители на магнито-оптических дисках.

Процессор.

Функции и структура процессора.

Функции процессора:

- обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

- программное управление работой устройств ЭВМ.

Часть процессора, которая производит выполнение операций, предусмотренных данной ЭВМ, принято называть арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другую его часть, выполняющую функции управления устройствами, называют устройством управления (УУ). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.

Вообще в основу построения современных ПК положен так называемый магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию машины. Модульная организация ПК опирается на магистральный принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления. К магистрали подключены процессор и ОП, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, обменивающиеся между собой информацией на машинном языке (язык электрических импульсов).

Шина данных – по этой шине данные передаются между различными устройствами. Они передаются в любом направлении.

Шина адреса – по ней передается адрес устройства или ячейки ОП, куда или откуда считываются данные по шине данных.

Шина управления – передаются сигналы определяющие характер обмена информацией по магистрали (сигналы управления и синхронизации устройств и т.д.).