Принципы устройства компьютеров

Классические принципы построения ЭВМ были предложены в работе А. Беркса, Г. Голдстайна и Д. фон Неймана «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства».

Обычно выделяют следующие наиболее важные идеи этой работы: 

• состав основных компонентов вычислительной машины; 
• принцип двоичного кодирования;
•  принцип адресности памяти;
•  принцип иерархической организации памяти; 
• принцип хранимой программы;
•  принцип программного управления.

ЭВМ должна состоять из нескольких блоков, каждый из которых выполняет вполне определённую функцию. Эти блоки есть и в сегодняшних компьютерах:

• Фрифметико-логическое устройство (АЛУ), в котором выполняется обработка данных; Устройство управления (УУ), обеспечивающее выполнение программы и организующее согласованное взаимодействие всех узлов машины; сейчас АЛУ и УУ изготавливают в виде единой интегральной схемы – микропроцессора.
• Память – устройство для хранения программ и данных; память обычно делится на внутреннюю (для временного хранения данных во время обработки) и внешнюю (для длительного хранения между сеансами обработки); 
• Устройства ввода, преобразующие входные данные в форму, доступную компьютеру; 
• Устройства вывода, преобразующие результаты работы ЭВМ в форму, удобную для восприятия человеком.

      

Принцип адресности памяти. Оперативная память машины состоит из отдельных битов. Для записи или считывания группы соседних битов объединяется в ячейки памяти, каждая из которых имеет свой адрес (номер). Нумерацию ячеек принято начинать с нуля.  Адрес ячейки памяти - это ее номер. Принцип иерархической организации памяти. К памяти компьютера предъявляется два противоречивых требования: ее объем должен быть как можно больше, а скорость работы – как можно выше. Но существенное увеличение объема памяти неизбежно приводит к уменьшению скорости ее работы. Чтобы преодолеть противоречие между объемом памяти и ее быстродействием, используют несколько различных видов памяти, связанных друг с другом. Принцип хранимой программы. Поскольку команды программы и данные по форме представления стали одинаковыми, их можно хранить в единой памяти вместе с данными. Не существует принципиальной разницы между двоичными кодами машинной команды, числа, символа и т.д.

 Принцип программного управления. Любая обработка данных в вычислительной машине происходит по программе. Принцип программного управления определяет наиболее общий механизм автоматического выполнения программы.        

Что называют архитектурой

В литературе общие принципы построения конкретного семейства компьютеров называют архитектурой. Архитектура – это общая схема построения компьютера с учетом взаимных связей между аппаратными и программными средствами. Относят:  принципы построения системы команд и их кодирования; форматы данных и особенности их машинного представления; алгоритм выполнения команд программы; способы доступа к памяти и внешним устройствам ; возможности изменения конфигурации оборудования;