Общий принцип работы компьютера (по Дж. Фон Нейману).

Первая программно-управляемая ЭВМ была разработана в 1943-1945 гг. в Пенсильванском университете США под руководством Джона Маучли и Пресперта Эккерта. Ее название ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) означало «Электронный цифровой интегратор и вычислитель». Она весила 30 тонн, была высотой 6 м и занимала площадь 120 м². ENIAC состояла из 18 000 электронных ламп накаливания и выполняла 5 000 арифметических операций в секунду. Программа для работы ENIAC задавалась вручную с помощью механических переключателей и гибких кабелей со штекерами, вставляемыми в нужные разъёмы. Поэтому любые изменения в программе требовали много сил и времени.

Анализируя работу первых ЭВМ, американский математик Джон Фон Нейман пришёл к выводу о необходимости хранения выполняющейся программы и обрабатываемых по этой программе данных внутри машины, в ее электронных схемах, а не вне её – на перфокартах, перфолентах или разъёмах со штекерами.

В 1945 г. был опубликован доклад Дж. Фон Неймана, где предлагалась теоретическая модель компьютера, использующего загружаемые извне программы. Первый компьютер на базе принципов Дж. Фон Неймана был построен уже в 1949 г. в Великобритании Морисом Уилксом и назван EDVAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator).

Следует отметить, что, несмотря на то, что с тех пор компьютеры (ЭВМ) претерпели значительные изменения, большинство современных ЭВМ сделаны и функционируют (по крайней мере, в общих чертах) согласно базовым принципам, сформулированным Фон Нейманом.

Согласно модели Дж. Фон Неймана компьютер должен содержать следующие устройства:

- арифметико-логическое устройство (АЛУ) для выполнения арифметических и логических операций;

- устройство управления (УУ) для организации процесса выполнения программ;

- запоминающее устройство, т.е. память (ОП) для хранения программ и данных;

- внешние устройства (ВУ) для ввода/вывода информации.

Управляющие связи (каналы передачи управляющих сигналов)

Информационные связи (каналы обмена информацией, т.е. данными)

В общих чертах работа компьютера (согласно принципам Дж. Фон Неймана) может быть описана следующим образом:

- вначале с помощью какого-либо внешнего устройства программа вводится в память компьютера (ОП);

- затем УУ начинает последовательно считывать из ОП и выполнять инструкции (команды) программы;

- конкретная инструкция программы может задавать определенное действие: выполнение арифметической или логической операции; чтение из ОП данных, над которыми выполняется операция; запись результатов операции в память; либо их вывод из ОП через какое-либо внешнее устройство;

- как правило, происходит последовательное выполнение команд по порядку их следования в программе, однако этот порядок может быть изменен с помощью специальных команд передачи управления (команд перехода).

Причем переходы или «скачки» по программе могут быть как безусловными, так и условными (происходящими в случае выполнения каких-либо условий). Возможность передачи управления от одной «точки» программы к другой (не следующей по порядку) позволяет организовать циклы для многократного повторения одних и тех же последовательностей действий.

- УУ выполняет инструкции автоматически (без вмешательства человека), при этом оно может обмениваться информацией с ОП и ВУ компьютера.

- по окончании выполнения программы УУ переходит к ожиданию других сигналов от ВУ.

Следует отметить, что описанная схема функционирования компьютера является упрощенной и к современным компьютерам подходит лишь в общих чертах. Например, в современных компьютерах АЛУ и УУ включены в состав одного устройства – микропроцессора (МП); может выполняться не только последовательная, но и параллельная обработка данных и т.д.