Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) – это электронное устройство, которое предназначено для ввода, обработки, выдачи и хранения информации и в котором вычислительный процесс управляется программой.

Вычислительная машина АВМ – аналоговая вычислительная машина, обрабатывает данные, представленные в аналоговой форме. Предназначены для решения простых уравнений или системы уравнений.

ЦВМ – цифровая вычислительная машина, обрабатывает данные, представленные в цифровой или двоичной форме. ГВМ – гибридная вычислительная машина, обрабатывает данные, представленные как в цифровой так и в аналоговой форме. Такие системы нашли использование при исследовании атомных реакторов.

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:

арифметико-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 двоичного кодирования. Устройства для хранения двоичной информации и методы ее обработки наиболее просты и дешевы. Поскольку в ЭВМ используется двоичная система, необходимо переводить данные из десятичной формы в двоичную (при вводе) и наоборот (при выводе результатов). В истории известен пример успешной реализации троичной ЭВМ «Сетунь» (1959 год, руководитель проекта Н. П. Брусенцов), но он так и остался оригинальным эпизодом и не оказал влияния на эволюцию вычислительной техники.

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.

Ячейка – это минимально возможный считываемый из памяти объем данных. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

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.

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.

Архитектура компьютеров, построенных на принципах фон Неймана называется классической архитектурой или пристонской архитектурой. Одновременно в Гарвардском университете появились компьютеры, в которых было предложено разделить память для команд и память для данных. Такая архитектура называется Гарвардской и применяется в компьютерах, которые используются в управлении техническими системами.

Процессор должен обмениваться данными с внутренней памятью и устройствами ввода и вывода. Выделить отдельные каналы для связи процессора с каждым из многочисленных устройств нереально. Вместо этого сделана общая линия связи, доступ к которой имеют все устройства, использующие ее по очереди. Такой информационный канал называется шиной или магистралью.

Шина (или магистраль) – это группа линий связи для обмена данными между несколькими устройствами компьютера.

Традиционно шина делится на три части: шина данных, по которой передаются данные; шина адреса, определяющая, куда именно передается информация; шина управления, которая организует процесс обмена (несет сигналы чтение/запись, обращение к внутренней/внешней памяти, данные готовы/не готовы и т.п.).

Контроллер (К) – это электронная схема для управления внешним устройством и для простейшей предварительной обработки данных.

Современный контроллер – это микропроцессор, предназначенный специально для обслуживания одного (или даже нескольких однотипных) устройств ввода-вывода или внешней памяти. Нагрузка на центральный процессор при этом существенно снижается, и это увеличивает эффективность работы всей системы в целом.

В качестве примера рассмотрим контроллер современного жесткого диска. Его основная задача – по принятым от процессора координатам найти на диске требуемые данные, прочитать их и передать в ОЗУ.

Как видно из приведенной выше схемы, теперь данные могут передаваться между внешними устройствами и ОЗУ напрямую, минуя процессор. Кроме того, наличие шины существенно упрощает подсоединение к ней новых устройств. Архитектуру, которую можно легко расширять за счет подключения к шине новых устройств, часто называют магистрально-модульной.

Если спецификация на шину опубликована, то производители могут разрабатывать к такой шине любые дополнительные устройства. Такой подход называют принципом открытой архитектуры. При этом в компьютере предусмотрены стандартные разъемы для подключения новых устройств, удовлетворяющих стандарту. Поэтому пользователь может собрать такой компьютер, который ему нужен.

В современных компьютерах для повышения эффективности работы используется несколько шин, например, одна – между процессором и памятью, другая – от процессора к видеосистеме и т.д.

1.Учебник М.Е. Фиошин Информатика и ИКТ класс 2.Шауцукова.Информатика.Учебн ик кл. изд. 4-е г.