Принцип работы компьютера

В соответствии с принципом фон Неймана, компьютер работает под управлением программы, загруженной в основную память. Программа – совокупность команд, которые выполняются в определённой последовательности.

Примеры типовых команд: арифметическое действие, запись, считывание и пересылка данных.

Рассмотрим на схеме выполнение одной из команд (операторов) программы – команды сложения двух чисел – операндов команды (В и С) и получения результата выполнения команды – А:

А = В + С.

Компьютер работает с этой командой, как с последовательностью двоичных сигналов (используем 1 – для сигнала высокого уровня, 0 – для сигнала низкого уровня).

Тогда условно можно представить команду в таком виде:

010 1000 1001  0110,

где       010 – код операции (сложение); 1000 – адрес операнда В;

1001 – адрес операнда С; 0110 – адрес результата А.

Рисунок 5 – Взаимодействие центральных устройств

Тогда последовательность действий будет выглядеть следующим образом (рисунок 5):

1)      ЦУУ считывает команду из ОП (в которой записаны исходные данные и программа);

2)      ЦУУ передаёт сигнал

·        в ОП об адресах операндов (В и С) и результата (А)

·        в АЛУ о коде операции (сложение);

3)      Из ОП в АЛУ передаются значения операндов B и C;

4)      АЛУ

·        вычисляет сумму

·        передаёт её значение в ОП

·         передаёт сигнал в ЦУУ о выполнении команды, на основании которого происходит считывание следующей команды

Процесс взаимодействия центральных и внешних устройств ЭВМ происходит посредством интерфейса (сопряжения), под которым понимается совокупность линии связи между устройствами, а также вид и порядок сигналов, проходящих по этим линиям.

Типы взаимодействия:

·      множественный интерфейс - каждое устройство компьютера соединено отдельными линиями связи с другими устройствами;

·      единый интерфейс (общая шина) – в этом случае на одну линию связи (шину) параллельно подключены все устройства компьютера. Их взаимодействие происходит в режиме разделённого по времени интерфейса (по очереди).

Шина – не только линии связи, но и устройства синхронизации и усиления сигналов. Важная характеристика шины – пропускная способность (количество информации в единицу времени). Зависит она от разрядности шины и от тактовой частоты компьютера. Разрядность (количество проводов шины) определяет количество бит информации, обрабатываемой одновременно. Тактовая частота задает скорость выполнения операций.

Существуют шины трёх типов:

·        Шины данных;

·        Шины адресов;

·        Шины команд.

Отдельно необходимо отметить особенности наиболее распространенных компьютеров – персональных. Первые персональные компьютеры (ПК) по сравнению с существовавшими ЭВМ имели следующие основные особенности (рисунок 6):

1.    Основа элементной базы – микропроцессор (МП) – программно-управляющее средство, построенное на больших интегральных схемах (БИС);

2.    Взаимодействие устройств ЭВМ происходит посредством единого интерфейса (общей шины).

Рисунок 6 – Схема персонального компьютера Центральные устройства:

МП – микропроцессор. ОП – основная память.

Внешние устройства:

ВЗУ – внешнее запоминающее устройство. УВВ – устройство ввода.

Увыв – устройство вывода.

ТКУ – телекоммуникационное устройство.

Современные ПК активно подключаются к компьютерным сетям. Поэтому в их архитектуре появляются ТКУ - модем, сетевая карта и др.

Модем - устройство для преобразования цифрового сигнала в аналоговый и наоборот. Он используется для подключения к сети Internet через телефонную, которая является аналоговой, линию.