Структура ЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Алматинский Университет Энергетики и Связи

Кафедра Информационных систем

процессор память программный

Самостоятельная работа студента

по предмету Машинно-ориентированые языки

на тему:«Структура ЭВМ»

Подготовил:

Студент группы «ИНФ 14-2»

Ермекбай Адильхан

Проверила:

Купарова А.Т.

Алматы - 2015

Что связывает картину "Джоконда" и ЭВМ?

Первый в мире эскизный рисунок тринадцатиразрядного десятичного суммирующего устройства на основе колес с десятью зубцами принадлежит Леонардо да Винчи(1452-- 1519).

По этим чертежам в наши дни фирма IBM в целях рекламы построила работоспособную машину.

В 1822 г. англичанин Чарльз Бэббидж построил счетное устройство, которое назвал разностной машиной. В эту машину вводилась информация на картах. Для выполнения ряда математических операций в машине применялись цифровые колеса с зубьями. Десять лет спустя Бэббидж спроектировал другое счетное устройство, гораздо более совершенное, которое назвал аналитической машиной.

Архитектура ЭВМ

Современные ЭВМ имеют одну и ту же внутреннюю организацию, которую принято назвать архитектурой ЭВМ. Любая ЭВМ - автоматическое устройство обработки информации, все они сконструированы на основе электронных схем обработки электрических сигналов. А принцип их работы основывается на законах физики, математики и логики.

Мы различаем внешнюю архитектуру и внутреннюю архитектуру. Во внешнюю архитектуру

входит то, что видят люди, которые используют машину для своих целей. Внутренняя архитектура

- это то, из чего состоит машина и на чем основывается накопление, обработка и передача информации внутри машины. В основе большинства современных и ранее разработанных ЭВМ лежит так называемый принцип фон Неймана, названный в честь Джона фон Неймана,

американского ученного (1903-1957), впервые изложивший принципиальные положения архитектуры ЭВМ во II-ой половине 40-х годов.

Основные принципы:

ЭВМ состоит из процессора, памяти и внешних устройств.

Единственным источником активности ЭВМ является процессор, который управляет программами, находящимися в памяти ЭВМ.

Память состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой адрес. Каждая ячейка хранит команду программы или некоторую единицу обрабатываемой информации.

В любой момент времени процессор выполняет одну команду программы, адрес которой находится в специальном регистре процессора - счетчика программ.

Обработка информации проходит только в регистре процессора. Информацию в процессор можно ввести из любой ячейки памяти или внешнего устройства и набором.

В каждой программе зашифровано следующее предписание: из каких ячеек взять на обработку информацию; какие совершить действия над информацией; в какие ячейки памяти направить полученную информацию; как изменить содержимое счетчика команд, чтобы знать, откуда брать следующую команду.

Процессор исполняет программу команду за командой в соответствии с изменением содержимого счетчика команд в памяти, пока не получит команду остановиться.

Память

Главный принцип хранения информации в ЭВМ состоит в том, что любая информация кодируется в последовательность сигналов 2-х типов (намагниченный и ненамагниченный), которые соответствуют "0" и "1".

Главным хранилищем информации ЭВМ является память. Оперативная память

служит для хранения информации во время ее непосредственного использования или обработки. После выключения питания компьютера информация в оперативной памяти стирается. Долговременная память

служит для хранения информации на долгие сроки. После выключения питания компьютера информация в долговременной памяти не стирается. Для долговременного хранения информации используются магнитные носители (жесткие диски, гибкие диски, лазерные компакт-диски).

Объем памяти - важнейшая характеристика оперативной и долговременной памяти, она определяет максимальное количество информации, которая может храниться в оперативной или в носителях долговременной памяти. Объем памяти состоит из ячеек, которые нумеруются последовательными числами. Количество этих ячеек называется объемом памяти ЭВМ. В современных ЭВМ одна ячейка содержит 1 байт информации. Номер ячейки кодируется комбинацией из 16-ти единиц и нулей. Номер ячейки называется адресом.

Магистрально-модульный принцип

Архитектура современных ПЭВМ основана на магистрально-модульном принципе. Этот принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию.

Модульная организация системы опирается на магистральный принцип обмена информацией. Системная шина - набор электрических линий, связывающих воедино устройства ЭВМ и передающее сигналы между центральным процессором и периферийными устройствами. Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производиться между 3-мя шинами (многопроводным линиям связи), соединяющими все модули компьютера. Процессор выполняет арифметические и логические операции, взаимодействует с памятью, управляет и согласует работу периферийных устройств. Подключение отдельного модуля компьютера к магистрали на физическом уровне обеспечивают контроллеры, на программном уровне - драйверы. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и правильно отреагировать на этот сигнал. За реакцию устройства процессор не отвечает, а отвечает только контроллер, поэтому внешние устройства ЭВМ заменяемы. Разрядность шины данных определяется разрядность процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

Данные по шине данных могут передвигаться от процессора к любому устройству. К основным режимам работы процесса использования шины передачи данных можно отнести следующие: запись, чтение данных с устройств ввода, из ОЗУ, пересылка данных на устройства вывода.

Процессор

- центральное устройство компьютера; он выполняет находящиеся в оперативной памяти команды программы и "общается" с внешними устройствами по средствам шины адреса, данных и управления; алгоритм работы процессора состоит в последовательном считывании команд из памяти и их выполнение. Можно выделить четыре этапа обработки процессором команд:

Выборка по счетчику команд очередной команды.

Считывание и выполнение этой команды.

Увеличение счетчика команд на 1.

Считывание следующие команды.

Счетчик команд - место, где хранится адрес очередной выполняемой команды.

В состав процессора входят следующие устройства:

Устройство управления ( УУ),

Арифметико-логическое устройство (АЛУ),

Регистры процессорной памяти.

1. УУ - управляет работой всех устройств компьютера по заданной программе.

а) оно вызывает из памяти очередную команду программы и все участвующие в операции числа;

б) отправляет их в АЛУ, а полученный результат пересылает в память.

2. АЛУ-арифметико-логическое устройство предназначено для обработки данных. Оно выполняет над числами и командами необходимые арифметические и логические операции. Получив исходные данные и выполнив необходимые операции, АЛУ выдает промежуточный или конечный результат, компьютер затем отправляет в ЗУ.

3. Регистры - это внутренняя память процессора.. Каждая из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты. У каждого регистра есть определенное назначение. В регистр - счетчик команд (СчК) помещается адрес той ячейки памяти ЭВМ, в кмпьютере хранится очередная исполняемая команда программы. В регистр команд (РК) помещается эта команда на время ее исполнения. Есть регистры, в которые помещают исходные данные и результаты выполнения команд. Полученный результат может быть переписан из регистра в ячейку ОЗУ.

Процессор состоит из устройства управления, которое управляет работой процессора с помощью электрических сигналов, арифметико-логического устройства, производящего операции над данными, и регистров для временного хранения этих данных и результаты операций над ними. Данные процессор считывает из ОЗУ. Туда же пересылает результат действия над этими данными. У компьютеров 4-го поколения функции центрального процессора выполняет микропроцессор. Выполнение микропроцессором команды предусматривает арифметические действия, логические операции, передача управления (условная или безусловная), перемещение из одного места памяти в другое, координация взаимодействия различных устройств ЭВМ. Процессоры характеризуются тактовой частотой (число машинных операции, орабатываемых процессором за секунду), разрядностью (число одновременно обрабатываемых битов).

Программные средства ЭВМ

Основные принципы программного управления:

ЭВМ может выполнять не только одну команду, но и длинные последовательности команд (программы).

Каждая команда кодируется последовательностью "0" и"1" и помещается как и число в одной ячейке оперативной памяти. Команда состоит из двух частей: кодовая и адресная. Кодовые - какие действия должны быть выполнены. Адресные - расположение в памяти исходных данных и результатов.

Одна и та же последовательность "0" и "1", хранимая в ячейке памяти, может распознаваться как число и как команда. Это второй принцип работы ЭВМ, т.е. принцип хранения программы-

Программа последовательность указаний (инструкций) на понятном компьютеру языке, задающие те или иные способы ввода, преобразования, предоставления информации.

Типы программ:

Прикладные - программы для решения задач во всевозможных областях человеческой деятельности. Программы для пользователей, конструкторов, дизайнеров Программы, трехмерное моделирование, анимация, векторные графики и т.д.

Программы для всеобщего использования - программы, предназначенные для создания, чтения и редактирования документов, содержащих определенную информацию (графическую, текстовую, звуковую). Программы редактирования текстов, распознавания речи, системы управления базами данных.

Программы познавательного и развлекательного назначения. Компьютерные игры, мультимедийные энциклопедии и справочники.

Системные программы - программы обеспечения нормальной работы компьютера и возможности выполнения прикладных программ. Операционные системы, программы управления периферийными устройствами.

Различают:

Программы для всех пользователей.

Программы для продвинутых пользователей.

Инструментальные системы программирования.

Интерпретатор - программа, позволяющая выполнять команды на языке программирования, которые не были переведены на машинный язык.

Компилятор - программа, переводящая тексты программ с языка программирования на машинный язык, понятный компьютеру.

Периферийные устройства

Устройства ввода:

Клавиатура (ввод текстовой и числовой информации)

Сканер (ввод графической информации с готового изображения)

Дигитайзер (графический планшет)

Цифровой на фотоаппарат (ввод графической информации с натуры в память или на гибкие магнитные диски).

Цифровая видеокамера (ввод видеоинформации непосредственно сразу в память компьютера).

Микрофон (ввод звуковой информации).

MIDI-клавиатура (ввод цифровой информации в память компьютера, потом компьютер дешифрует эту информацию в звуковую с помощью звуковой карты).

Специализированные устройства ввода - вводят информацию от физических, медицинских и других приборов для последующей обработки её в компьютере.

Устройства вывода:

Монитор (вывод информации, которую можно представить наглядно)

Принтер - устройство вывода информации на бумагу или специальную пленку текстовой и графической информации ( матричные, струйные, лазерные, многофункциональные, цветные ).

Графопостроитель (плоттер) -устройство вывода на бумагу больших и сложных чертежей, графиков и диаграмм.

Звуковые колонки (вывод информации, которую можно представить в форме звука)

Устройства управления:

Клавиатура (устройство управления для перемещения по тексту при его редактировании)

Мышь (устройство для быстрого перемещения курсора по экрану, для работы с графикой, текстом, звуком, т.е. с мультимедиа).

Трекбол (шарик, помещенный в корпус и выполняющий функции мыши)

Сенсорная панель - устройство управления, используемое вместо мыши, управление осуществляется при перемещении пальца по этой панели, щелчок клавиши мыши задается постукиванием по площадке

Джойстик (рукоятка с кнопками, перемещаемая по двум осям, устройство управления во многих играх)

Устройства хранения и передачи информации

Дискета (перезаписываемы магнитный носитель, позволяющий долговременно хранить информацию небольшого объема)

Стримеры (хранение больших объемов информации на магнитной ленте)

Сменные жесткие диски, диски Бернулли, магнитооптические диски (эти диски позволяют хранить информацию объемом до Тб)

Компактные лазерные диски CD-ROM (одноразовая запись данных объемом до 650 Мб)

Устройства коммуникации ( обмена информацией).

1. Сетевые карты (устройство связи, позволяющее соединить несколько компьютеров в локальную сеть в пределах офиса, класс, кабинета)

2. Модемы (устройство связи, позволяющее соединить компьютер с глобальной сетью, например, Internet, FIDO net, по телефонным, волоконно-оптическим и др. каналам связи)

3. Контролёр сети- устройство для подключения к локальной сети ,соединяющей компьютеры в пределах офиса. Дает возможность свободного использования данных и программ в пределах сети

Размещено на Allbest.ru