Общие принципы построения компьютера

Слово «компьютер» в переводе с английского языка означает «вычислитель», то есть устройство для выполнения расчетов и вычислений.

🕛 15.02.2009, 22:21

Все возможности современного персонального компьютера основаны именно на возможности выполнения сложных вычислений, причем делает он это с поистине космическими скоростями. Уже в первых компьютерах, созданных в США в 40-х годах XX века (для военных нужд баллистики, криптографии и т.п.), разработчики столкнулись с необходимостью увеличить быстродействия вычислений и упростить процесс ввода информации для обработки. К работе над этими проблемами подключились видные ученые, инженеры и математики. С тех пор компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее их большинство, в том числе и персональные компьютеры системы IBM PC, работают в соответствии с принципами, изложенными знаменитым математиком Джоном фон Нейманом в 1945 году.

Компьютер, основанный на принципах Неймана должен состоять из следующих устройств:
> арифметическо-логического устройства (АЛУ) для выполнения вычислительных и логических операций;
> устройства управления (УУ) для организации процесса выполнения программ;
> запоминающего устройства, или памяти, для хранения программ и данных;
> внешних устройств для ввода-вывода информации (УВВ).
В общих чертах работу компьютера можно представить следующим образом. С помощью внешних устройств в память компьютера вводятся программы и данные для обработки.

Общие принципы построения компьютера

Далее по команде с внешнего устройства (например, с клавиатуры) устройство управления считывает содержащиеся в памяти программы и данные и передает их для обработки в АЛУ. Результаты обработки УУ записывает в память или передает на внешние устройства (монитор, принтер). Обобщенная структурная схема компьютера представлена на рис. 1.1.
Рис. 1.1» Обобщенная структурная схема компьютера
Если для первых компьютеров было характерно выполнение устройств управления и АЛУ в виде отдельных блоков, то в современном персональном компьютере АЛУ и устройство управления составляют единое целое - центральный процессор (CPU). Первые компьютеры собирались на электронных лампах и занимали целые помещения. Позднее, с изобретением транзисторов и микросхем, удалось значительно уменьшить размеры и потребляемую мощность, а также увеличить производительность.
Компьютеры 60-70-х годов прошлого столетия имели устройства ввода-вывода данных с очень ограниченными возможностями. Клавиатура, монитор, принтер и специальные фотосчитывающие устройства для ввода данных с перфолент и перфокарт были едва ли не единственными устройствами подобного типа. Для современного персонального компьютера имеется широкий выбор разнообразных устройств для ввода и вывода данных: сканеры, устройства ввода видеоизображений, модемы для обмена данными с другими компьютерами и удаленными внешними устройствами, разнообразные мультимедиа-устройства.

В основу работы компьютера положена двоичная математика, предполагающая выполнение любых вычислений в двоичной системе счисления, поскольку в этом случае принцип работы и устройство компьютера получаются значительно более простыми. Так как компьютер может обрабатывать только цифровые данные, вся другая информация (например, звуки и изображения) должна быть представлена в числовой форме. В цифровой вид должна быть переведена и текстовая информация.
Все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (в двоичной системе счисления). Наименьшая единица информации, с которой работает компьютер - 1 бит. Эта информация получается при описании события, которое может иметь два равновероятных исхода (в двоичном представлении 1 или 0). Поскольку эта единица измерения очень мала, на практике используются более крупные производные единицы информации.

Восемь бит составляют один байт. Современные компьютеры выполняют операции с информационными словами, представленными некоторым четным числом байт, например 32 или 64. Для описания емкости запоминающих устройств (оперативной и дисковой памяти, флэш-памяти и т.п.) используются более крупные единицы: килобайт (Кб), мегабайт (Мб), гигабайт (Гб):
1 Кб = 1024 байт: 1 Мб = 1024 Кб: 1 Гб = 1024 Мб:
Необходимо отметить, что один килобайт в цифровой технике равен 1024 байт. Тогда как приставка кило- в других областях техники означает множитель на тысячу. Такой терминологический разнобой связан с тем, что в двоичной системе счисления килобайт равняется десятой степени числа два, или 1024. Чтобы различать обозначения, принято, простое кило обозначать строчной буквой (например, кГц), а цифровое - прописной (например, Кбит).