Принципы работы ЭВМ (Принципы Неймана)

Несмотря на большое разнообразие существующих в настоящее время ЭВМ, в основу их построения заложены некоторые общие принципы. Эти принципы были сформулированы в 40-х годах нашего столетия выдающимся американским математиком Джоном фон Нейманом.

Первый принцип фон Неймана – принцип произвольного доступа к памяти. Структурно основная память состоит из дискретных элементов – ячеек, каждая из которых может содержать упорядоченный набор символов, называемый словом. Принцип произвольного доступа состоит в том, что процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка, причем время доступа (время чтения/записи информации) одинаково для всех ячеек.

Чтобы обеспечить такой доступ к ячейкам памяти, с каждой из них связывают персональное имя, и обращение к ней производится с помощью указания ее имени. Для этого все ячейки основной памяти пронумеровываются от 0 до N-1, и в качестве имени ячейки используется ее порядковый номер – адрес ячейки. При этом общее число ячеек (N) называют полным объемом основной памяти.

Второй фундаментальный принцип фон Неймана – принцип хранимой программы. Программа решения задачи хранится в основной памяти наряду с обрабатываемыми данными. Именно это делает ЭВМ универсальным средством обработки информации – для решения другой задачи требуется смена в основной памяти программы и обрабатываемых данных. Программа должна состоять из набора команд, выполняемых процессором автоматически в определённой последовательности.

Третий принцип – принцип однородности памяти. Программа и данные хранятся в одних и тех же ячейках памяти, ЭВМ не различает, что хранится в конкретной ячейке – программа, текст или число.

Четвертый – принцип иерархии памяти. Чтобы работать достаточно быстро, память компьютера должна быть организована по иерархическому принципу, то есть состоять, по крайней мере, из двух частей: быстрой памяти небольшой ёмкости (оперативной) и более ёмкой (а потому и более медленной) внешней.

Пятый – принцип адресности. Структурно основная память должна состоять из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент времени должна быть доступна любая ячейка.

Согласно фон Нейману, любая ЭВМ должна включать четыре основных блока: процессор, оперативную память, внешнюю память и комплекс устройств ввода/вывода.

Процессор – это устройство, обеспечивающее обработку данных по заданной программе; в его функции также входит обмен данными и командами между различными устройствами, входящими в ЭВМ. Процессор может обрабатывать только программы и данные, находящиеся непосредственно во внутренней памяти машины, которая состоит из оперативной памяти (ОЗУ) и постоянной памяти (ПЗУ).

Оперативная память предназначена для хранения программ и данных и последующей их передачи другим устройствам ЭВМ в процессе обработки. ОЗУ обеспечивает чтение находящихся в нем программ и данных и запись в него новой информации. ПЗУ позволяет только чтение находящихся в нем программ и данных.

Внешняя память предназначена для долговременного хранения программ и данных.

Устройства ввода/вывода обеспечивают ввод, корректировку, вывод программ разной кодировки.

Эта схема имеет один очень существенный недостаток: управление устройствами ввода/вывода осуществляется процессором. Для устранения этого был включён в эту схему канал ввода-вывода.

Существовало 2 типа каналов:

· Мультиплексный – для обеспечения взаимодействия с низкоскоростными устройствами. Может обеспечивать несколько устройств.

· Селекторный – для обеспечения взаимодействия с высокоскоростными устройствами. Может обслуживать только 1 устройство.

Поиск по сайту: