Как работает компьютер - Информационная составляющая текста

Еще при создании первых компьютеров в 1945 г. знаменитый мате-матик Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен компьютер, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обра-ботки информации. Эти основы конструкции компьютера называются принципами фон Неймана. Сейчас подавляющее большинство компь-ютеров в основных чертах соответствует принципам фон Неймана.

Устройства компьютера. Прежде всего, компьютер, согласно принципам фон Неймана, должен иметь следующие устройства:

Арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

Внешние устройства для ввода-вывода информации.

Память компьютера должна состоять из некоторого количества про-нумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обра-батываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компью-тера.

Принципы работы компьютера. В общих чертах работу компью-тера можно описать так. Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта ко-манда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Как правило, после выполнения одной команды устройство управле-ния начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления. Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, со-держащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой "скачок", или переход, в программе может выполняться не всегда, а только при вы-полнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился нуль и т. д. Это позволяет использовать одни и те же последовательно-сти команд в программе много раз, выпол-нять различные последовательности команд в зависимости от выполне-ния определенных условий и т. д., т. е. создавать сложные программы.

Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, т. е. без вмешательства человека. Оно мо-жет обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Поскольку внешние устройства, как прави-ло, работают значительно медленнее, чем остальные части компьюте-ра, управляющее устройство может приостанавливать выполнение про-граммы до завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.

Особенности современных компьютеров. Следует заметить, что схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенной выше. В частности, арифметическо-логическое устрой-ство и устройство управления, как правило, объединены в единое уст-ройство -- центральный процессор. Кроме того, процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компью-тера -- прерываний. Многие быстродействующие компьютеры осуще-ствляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах.

Похожие статьи




Как работает компьютер - Информационная составляющая текста

Предыдущая | Следующая