Архитектура компьютера

Функция ЧеловекКомпьютер Хранение информации Память Устройства памяти Обработка информации Мышление Процессор Прием (ввод) информации Органы чувств Устройства ввода Передача (вывод) информации Речь, двигательная система Устройства вывода Компьютер – модель человека

Принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом: 1. Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в заданной последовательности). 2. Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными). 3. Принцип адресности (основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек). ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру (архитектуру фон Неймана). Американский математик венгерского происхождения Джон фон Нейман

Схема устройства ЭВМ Внутренняя память Устройства ввода Устройства вывода Внешняя память Процессор Средства связи компьютера с внешним миром Средства долговременного хранения информации Архитектура ЭВМ – это описание устройства и принципов работы компьютера, достаточное для пользователя и программиста

Память ЭВМ Внутренняя память ОЗУ ПЗУ Внутренняя память ОЗУ ПЗУ Внешняя память Носители Магнитные Оптические Внешняя память Носители Магнитные Оптические ПЗУ – энергонезависимая, быстрая, небольшая по объему память только для чтения информации ОЗУ – энергозависимая, быстрая, небольшая по объему память для чтения и записи информации Внешняя память – энергонезависимая, медленная, большая по объему память для чтения и записи информации

Внутренняя память ЭВМ 0 или 1 Двоичная кодировка 0 или 1 Двоичная кодировка Адресуемость Байт памяти – наименьшая адресуемая часть внутренней памяти (1 байт = 8 бит) Все байты пронумерованы, начиная с 0 Номер байта – адрес байта памяти Процессор обращается к памяти по адресам Дискретность Наименьшим элементом памяти является бит В одном бите памяти может храниться один бит информации Структура внутренней памяти Байты Биты бит

Внешняя память ЭВМ Магнитные устройства Файл – это основная именованная единица информации на внешнем носителе Оптические устройства НМЛ ( стриммеры ) кассетные накопители на магнитной ленте НМЛ ( стриммеры ) кассетные накопители на магнитной ленте НМД ( дисководы ) накопители на магнитных дисках НМД ( дисководы ) накопители на магнитных дисках CD-ROM оптические ( лазерные ) диски CD-ROM оптические ( лазерные ) диски накопители на гибких дисках накопители на жестком диске ( винчестеры )

ЭВМ и информация Информационные процессы Знаковая двоичная форма представления информации Информация для ЭВМ Программы указание на последовательность действий, которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации Программы указание на последовательность действий, которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации Данные информация, обрабатываемая в компьютере программным путем Данные информация, обрабатываемая в компьютере программным путем Память Хранение Внутренняя память Программы Данные Внешняя память Файлы Передача Ввод Вывод Символы Изображение Звук Обработка Автоматическая обработка данных процессором по программе, помещенной в ОЗУ

Состав устройств компьютера Клавиатура Системная плата Блок питания Внешняя память микропроцессор внутренняя память ( ПЗУ + ОЗУ ) Системный интерфейс - шина тактовый генератор К К К К К К К К К К К К К К К К К К К К Монитор Принтер Плоттер Звук. колонки Проектор Мышь Джойстик Сканер Микрофон Системный блок Устройства ввода Устройства вывода Минимальный комплект ПК: системный блок, монитор, клавиатура

Структура ПК Информационная магистраль ( шина ) Микропроцессор Контроллеры Внешние устройства Внутренняя память

Основные характеристики ПК Объем внутренней памяти (Кб, Мб) Во внутреннюю память помещаются исполнительные программы и оперативные данные. Чем больше объем внутренней памяти, тем больше возможный размер программ и данных. Тактовая частота (Мгц) Режим работы микропроцессора задается генератором тактовой частоты. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает процессор. Разрядность процессора (8, 16, 32, 64 … разрядов) Разрядность – это максимальная длина двоичного кода, который может обрабатываться или передаваться процессором целиком. Разрядность определяется размером регистров (машинное слово).

Поколения ЭВМ Новая элементная база I поколение 1945 … Поколение ЭВМ – период развития вычислительной техники, отмеченный относительной стабильностью архитектуры и технических решений Смена поколений обычно связана с переходом на новую элементную базу, что приводит к скачку в росте основных характеристик ЭВМ Новые технологии производства Новый состав ПО Новые области применения Новое поколение ЭВМ II поколение 1955 … III поколение 1965 … V поколение ? … IV поколение 1975 …

Характеристика поколений ЭВМ I e II e III e IV 1975-… V?V? Элементная база Электронные лампы ТранзисторыИС и БИССБИС и микропроцессоры Оптоэлектро- ника, крио электроника Максимальное быстродействие процессора (опер/сек) 10 – 20 тыс 100 тыс –1 млн 10 млн многопроцессорность многопроцессорность Максимальная емкость ОЗУ (Кбайт) Периферийные устройства Магнитная лента, перфокарты и перфоленты, цифровая печать Магнитная лента, перфоносители, алфавитно- цифровая печать Консоли, магнитные ленты, дисплеи, графопостроители Цветной графический дисплей, клавиатура, принтеры, модемы + устройства ввода с голоса, устройства чтения рукописного текста и пр. Примеры моделей ЭВМ МЭСМ, БЭСМ-1,ЭСМ-2, М-20, Минск М-220, БЭСМ-3, Урал--14,БЭСМ-6 Минск-32 IBM 360/370, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ ПК: IBM PC, Macintosh, СуперЭВМ: Cray, Cyber, Эльбрус