Основні принципи роботи комп'ютера

 

Як уже зазначалось перші комп'ютери були створені в 1945 р. На думку знаменитого математика Джона фон Неймана, основне в роботі цього пристрою – це універсальність і ефективність при обробці інформації. Ці вимоги до конструкції будь-якого комп'ютера називаються принципами фон Неймана. На сьогодні переважна більшість комп'ютерів побудовані таким чином, що в основному відповідають принципам фон Неймана.

Схема будови такого подано на рис. 1.1, а його елементи виконують такі функції:

● арифметично-логічний пристрій відповідає за арифметичні й логічні операції;

● пристрій керування організовує процес виконання програм;

● оперативна пам'ять (запом'ятовальний пристрій) зберігає програми і дані;

● зовнішні пристрої вводять або виводять інформацію.

Рис. 1.1. Загальна схема комп'ютера, побудованого за принципом фон Неймана

 

Сучасна ЕОМ – це складна система, в яку входять такі механічні, електронні й електромеханічні пристрої:

● запам'ятовувальний (або просто пам'ять);

● процесор, що включає пристрій керування і арифметично-логічний;

● пристрій уведення даних;

● пристрій виведення даних.

Ці пристрої з'єднані каналами зв'язку, по яких передається інформація. Схему основних пристроїв ЕОМ і найважливіших зв'язків між ними подано на

рис. 1.2. Подвійними стрілками показано шляхи і напрямки руху інформації, а одиночними стрілками – шляхи і напрямки передачі керуючих сигналів.

Рис. 1.2. Схема основних пристроїв ЕОМ та найважливіших зв'язків між ними

 

Запам'ятовувальний пристрій (ЗУ) служить для прийому інформації з інших пристроїв, її запам'ятовування, а також видачі необхідної інформації в інші пристрої машини.

Пам'ять будь-якої ЕОМ зазвичай складається з двох частин – оперативної та зовнішньої. В оперативну пам'ять можна швидко записати інформацію і швидко її звідти вилучити.

До оперативної пам'яті зазвичай пред'являють дві основні вимоги: швидкодія та великий обсяг. Певною мірою ці вимоги вступають у протиріччя, і тому важко створювати пам'ять машини, яка за обома цими параметрами задовольняла б користувачів ЕОМ. І хоча в сучасних ЕОМ обсяг оперативної пам'яті досить великий, проте її не завжди вистачає для розв'язку великих задач. Тому в усіх обчислювальних машинах, починаючи з машин першого покоління, використовують зовнішню пам'ять.

У зовнішню пам'ять зазвичай записують ту частину інформації, яка рідше використовується в ході розв'язування задач.

Якщо звернутися до аналогій, то оперативну пам'ять можна порівняти із запом'ятовувальною функцією мозку, а зовнішню пам'ять – із записником, довідником, книгою, тобто відокремленими від людини об'єктами, відомості з яких можна передати іншій особі.

Уся оперативна пам'ять складається з чарунок. Чарунка використовується для зберігання одного машинного слова, яким може бути число, команда або деяке допоміжне слово. Обсяг пам'яті визначається кількістю чарунок. Усі чарунки рівноправні і однаково доступні для інших пристроїв ЕОМ. Коли в яку-небудь чарунку записується слово, то воно передбуває там до тих пір, поки в цю чарунку не буде внесене нове слово. Тоді старе автоматично зникає, і ніяких накладок нового слова на старе не відбувається, просто старе стирається і пишеться нове. Ніяких накладень старого і нового слів не відбувається, а просто старе стирається і пишеться нове.

Принцип дії зовнішніх запом'ятовувальних пристроїв полягає в тому, що магнітний носій інформації механічно переміщається під головками магнітного запису або прочитування. Тому, перш ніж дістатися до потрібної інформації, доводиться чекати її появи під головками. В очікуванні такого переміщення проходить досить багато часу, через що зовнішні пристрої відносять до типу засобів з так званим послідовним доступом, тобто вони не передбачають прямого звернення до будь-якої необхідної інформації, бо з цією метою треба послідовно виконати певні дії. У цьому полягає ще одна відмінність зовнішніх запом'ятовувальних пристроїв від оперативних.

Переробка інформації відбувається в арифметично-логічному пристрої ЕОМ. Там виконуються арифметичні і логічні операції. Окрім цих операцій, арифметично-логічний пристрій формує деякі керуючі сигнали, що дозволяють машині залежно від результатів обчислень вибирати шлях для подальших дій.

У кожній операції бере участь спеціальний запам'ятовувальний пристрій, який називається регістром суматора. Інформацію для виконання операцій, тобто операнди, арифметично-логічний пристрій отримує з оперативної пам'яті ЕОМ. Результат операції може залишитися в арифметико-логічному пристрої, або пересилатися на зберігання.

Один з найважливіших в ЕОМ – пристрій керування. З самої назви зразуміле його призначення – керування процесом роботи ЕОМ. Він працює за заданою програмою, вибираючи інформацію із запом'ятовувального та арифметично-логічного пристроїв.

Пристрій введення служить для внесення в пам'ять ЕОМ необхідної інформації – програми і початкових даних. Введення інформації та керування процесом виконання програм здійснюється з перфокарт і терміналів. Роль терміналів виконують засоби, до складу яких входить телевізійний екран і клавіатура. На екрані можна перевірити правильність введення інформації, простежити за процесом розв'язування задачі, в потрібний момент внести необхідні корективи, подивитися на результати виконання програми.

Пристрої виведення відображають результати виконання програми на перфокарті, перфострічці, дисплеї, принтері.