Принципи побудови та функціонування комп’ютерів

Комп’ютер (англ. computer — обчислювач) це програмований електронний пристрій, призначений для опрацювання даних і здійснювати обчислення, а також виконувати інші задачі маніпулювання символами.

Ще при створенні перших комп`ютерів у 40-х роках ХХ-го століття відомий математик Джон фон Нейман запропонував принципи, яким повинен відповідати комп`ютер, щоб бути універсальним і ефективним засобом для обробки інформації (у літературі ці принципи називають фон Нейманівськими). Зараз переважна кількість комп`ютерів в основних рисах відповідають принципам фон Неймана.

Передусім, комп`ютер повинен мати такі пристрої:

· арифметико-логічний пристрій (АЛП), що виконує арифметичні й логічні дії над операндами;

· пристрій управління (ПУ), який організовує процес виконання програми;

· запам`ятовуючі пристрої, або пам`ять, де зберігаються як дані, так і програми обробки даних. Розрізняють внутрішню та зовнішню пам`ять. Внутрішня пам`ять, у свою чергу, поділяється на постійну та оперативну;

· зовнішні пристрої введення та виведення інформації (ЗП).

Структура ЕОМ на основі принципів фон Неймана має вигляд, що наведений на Рис.1.2.1. Між пристроями комп`ютера існують зв`язки (одинарні лінії означають управляючі зв`язки, подвійні – інформаційні).

Рис.1.2.1

Склад пристроїв сучасних комп`ютерів дещо відрізняється від означеного вище. Так арифметико-логічний пристрій та пристрій управління об`єднуються в єдиний пристрій – процесор (ряд швидкодіючих комп`ютерів здійснюють паралельну обробку даних на декількох процесорах). Ще одна особливість більшості сучасних комп`ютерів – застосування трьох типів шин: адресної, управляючої та шини даних. При цьому будь-яка шина – це система тоненьких металевих провідників, по яких інформація "подорожує" в середині комп`ютера. Залежно від класу (типу) ЕОМ є й інші особливості її складу та структури.

Персональні ІВМ РС-сумісні комп`ютери, побудовані за принципом відкритої архітектури, мають структуру, спрощений вигляд якої показаний на Рис.1.2.2.

Рис.1.2.2

Процесор (центральний процесор – central processing unit або CPU), внутрішня пам`ять і системна шина конструктивно розташовані в окремому блоці, який називають системним. Пристрої зовнішньої пам`яті (це, як правило, накопичувачі на жорстких і гнучких магнітних та оптичних дисках) також розміщують у системному блоці, хоча інколи – і в окремих блоках. Внутрішня пам`ять ПК поділяється на постійну, вміст якої зберігається після вимикання живлення комп`ютера, та оперативну, у якій після вимикання комп`ютера вся інформація втрачається.

Процесор, оперативну та зовнішню пам`ять і всі пристрої введення – виведення під`єднують до системної шини через відповідні плати, які називають контролерами. Процесор, внутрішню пам`ять, системну шину та контролери розміщують на материнській платі.

Пристрої введення та виведення поділяють на дві групи: стандартні, до яких належать монітор, миша та клавіатура, та нестандартні – принтери, плоттери, сканери, модеми та ін. Нестандартні пристрої отримали ще одну назву – периферійних. Зауважимо, що периферійними пристроями є також накопичувачі на магнітних і оптичних дисках, що конструктивно не входять до складу системного блока.

Основу комп’ютерів становить апаратура (HardWare), побудована, в основному, з використанням електронних і електромеханічних елементів і пристроїв. Принцип дії комп’ютерів полягає у виконанні програм (SoftWare) — попередньо заданих, чітко визначених послідовностей арифметичних, логічних і ін. операцій.

Будь-яка комп’ютерна програма – це послідовність окремих команд. Команда — це опис операції, яку виконує комп’ютер. Як правило, у команди є свій код (умовне позначення), вхідні дані (операнди) і результат.

Сукупність команд, що виконує даний комп’ютер, називається системою команд цього комп’ютера. Комп’ютери працюють з дуже великою швидкістю, що становить сотні мільйонів операцій за секунду.