Современное представление о компьютере

Научно-технические достижения XX в. показали возможность автоматизации работ с данными за счет использования устройств не механического, а электронного типа. Это позволило повысить их надежность и производительность. Характерное отличие электронных устройств от механических заключается в том, что они регистрируют не перемещения элементов конструкции (реек, шестерен и т. п.), а состояния элементов устройства (электронных компонентов).

Устойчивых различимых перемещений в механических устройствах может быть сколько угодно, и механики всегда старались сделать свои механизмы так, чтобы число этих состояний было кратно десяти — это удобно для работы с числами, записанными в привычной для нас десятичной системе. Для электронных устройств количество удобных различимых состояний меньше. Сегодня уверенно различимыми считают только два состояния: включено — выключено; заряжено — разряжено; есть контакт — нет контакта. Поэтому характерной особенностью электронных устройств является удобство работы с двоичным кодом. Числа, записанные в двоичном коде, не слишком наглядны для человека, но этот недостаток компенсируется тем, что электронные устройства сами переводят данные из любой системы в двоичную.

Однако у двоичного кода есть и преимущества. Так, например, в предыдущей главе мы видели, как с помощью двоичного кода можно выражать не только числа, но и тексты, изображения, музыку, видео и другие типы данных. Благодаря этой возможности современные компьютеры предназначены отнюдь не только для автоматизации вычислительных операций, но и для множества других операций с данными, представленными в самой разной форме.

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер.

В современном понимании компьютер — это универсальный электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки, транспортировки и воспроизведения данных.

Разнообразие современных компьютеров очень велико, но в основу построения подавляющего большинства разработок положены общие принципы, сформулированные американским ученым Джоном фон Нейманом.

Принципы построения компьютера

В 1945 г. американский ученый Джон фон Нейман сформулировал принципы построения компьютеров.

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются ее процессором автоматически друг за другом в последовательности, определяемой самой программой.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в каждой «ячейке» памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных «ячеек», обычно размером от 1 до 8 байт; процессору в произвольный момент времени доступна любая «ячейка». Это позволяет давать имена областям памяти, чтобы к ним можно было впоследствии обращаться.

С учетом изложенных принципов универсальная ЭВМ должна вклю­чать в себя следующие устройства:

• арифметико-логическое (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции;

• устройство управления (УУ), которое управляет процессом вы­полнения программ;

• запоминающее устройство (память), в котором хранятся програм­мы и данные;

• внешние устройства для ввода и вывода данных.

Эти устройства должны быть связаны между собой, как показано на рис. 1.1, где сплошные стрелки показывают управляющие, а контурные -информационные связи.

Рис. 1.1. Функциональная схема универсальной ЭВМ

В современных компьютерах арифметико-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединяются в одно устройство, называемое центральным процессором.

Классическая неймановская структура построения ЭВМ за последнее время претерпела существенные изменения. Это связано с постоянным! обновлением элементной базы и совершенствованием технологии изготов­ления ЭВМ.