Аппаратное обеспечение компьютеров

Лекция 1

Базовая структура компьютеров

Основная тема нашего курса – устройство компьютера. Большая часть курса посвящена аппаратному обеспечению компьютеров и их архитектуре. Аппаратное обеспечение компьютеров состоит их электронных схем, устройств ввода-вывода, устройств хранения информации и средств коммуникации. Архитектура компьютеров включает спецификации набора команд и аппаратные компоненты, реализующие эти команды.

Мы также обсудим множество аспектов взаимодействия аппаратных и программных компонентов компьютерных систем.

Что такое компьютер?

Компьютер это электронное устройство, предназначенное для решения задач оформленных в виде алгоритмов и представленных в виде последовательности компьютерных команд.

Что такое алгоритм?

Алгоритм это описание процесса решения задачи в виде последовательности элементарных шагов. Алгоритмы применяются не только в компьютерах. В жизни, например, мы описываем в виде алгоритма, как дойти до определенного места. Примером алгоритма может служить известные вам способы ручных арифметических действий над большими числами.

В математике под алгоритмом понимается точное предписание, определяющее процесс переработки исходных данных в искомый результат.

При этом требуется:

1. Чтобы исходные данные носили массовый характер.

2. Чтобы процесс переработки исходных данных состоял из отдельных дискретных шагов и в целом был определенным, детерминированным.

3. Чтобы было четко указано, при наступлении каких условий процесс надлежит остановить и что в этом случае считать результатом.

Машина Тьюринга

В 1937 году английский математик Алан Тьюринг в работе «О исчислимых и неисчислимых числах» использовал гипотетическое логическое устройство в последствии получившее название машина Тьюринга. Машина представляла собой автомат с конечным числом внутренних состояний, включающих начальное и конечное состояние ленты с конечным числом ячеек. В процессе работы машина читает содержимое ячейки и в зависимости от внутреннего состояния и содержимого ячейки может перемещаться на по ленте на шаг вперед или назад, менять содержимое ячейки и изменять свое состояние (рис. 1).

S1

S2

S3

…

…

Sn-1

Sn

Рис. 1.

Для нас важно, что в своей работе, Тьюринг математически доказал возможность создания универсального устройства способного решать любые задачи, решение которых можно представить в виде алгоритма.

Принципы Фон Неймана

В июле 1954 г. американский ученый Джон фон Нейман подготовил отчет, озаглавленный «Предварительный доклад о машине EDVAC»,

Так называемые «принципы фон Неймана», легшие в основу почти всех последующих поколений компьютеров, гласят:

1. Компьютеры на электронных элементах должны работать в двоичной системе счисления.
2. Программа должна размещаться в памяти.

3. По форме представления команды и числа одинаковы.

4. Так как физически реализовать запоминающее устройство, обладающее одновременно высоким быстродействием и большой емкостью, сложно, то память следует организовывать иерархически.

5. Арифметическое устройство компьютера конструируется на основе сумматоров - устройств, выполняющих операцию сложения.

6. Операции над двоичными кодами осуществляются одновременно над всеми разрядами.

До сих пор, большинство компьютеров, в своей основе представляют собой, машины фон Неймана.

Функциональная структура компьютера

Компьютер состоит из 5 функционально независимых частей (рис. 2).

Память

Рис. 2.

Устройство ввода принимает закодированную информацию. Полученная информация либо сохраняется в памяти компьютера для последующего применения, либо немедленно используется арифметико-логическим устройством для выполнения необходимых операций. Последовательность шагов обработки информации определяется хранимой в памяти программой. Полученные результаты отправляются во внешний мир посредством устройств вывода. Все эти действия координируются устройством управления. Инфомация разделяется на команды и данные. Команды это явно заданные инструкции, которые:

· управляют пересылкой информации внутрм компьютера, а также между компьютером и его устройствами ввода вывода;

· определяют арифметические и логические операции.

Список команд, выполняющих некоторую задачу, представленную в виде алгоритма, называются программой. Выполняемая программа хранится в памяти компьютера. Процессор по очереди выбирает команды программы из памяти и выполняет определяемые ими операции. Компьютер полностью управляется хранимой программой. Команды в компьютеры представлены в двоичном виде.

Данные – это числа и закодированные символы, используемые в качестве операндов команд.

Инфомация, предназначенная для обработки компьютером, должна быть закодирована, чтобы иметь знакомый для компьютера формат. Современные компьютеры работают с двоичными данными. Это особенности используемых цифровых схем. Каждый разряд двоичного числа представляет 1 бит информации.

Буквы и цифры также представляются в виде дво

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать