Общие принципы организации работы компьютера реферат
Основные принципы организации электронных вычислительных машин были заложены Дж. Фон Нейманом:
1. Принцип двойного кодирования. Электронные машины должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления.
2. Принцип программного управления. Электронная машина выполняет вычисления по программе. Программа состоит из набора команд, которые выполняются автоматически друг за другом в определенной последовательности.
3. Принцип хранимой программы. В процессе решения задачи программа должна размещаться в запоминающем устройстве машины, обладающем высокой скоростью выборки и записи.
4. Принцип однотипности представления чисел и команд. Программа, так же как и числа, с которыми оперирует машина, записывается в двоичном коде. Таким образом, по форме представления команды и числа однотипны.
5. Принцип иерархичности памяти. Сложность реализации единого емкого быстродействующего запоминающего устройства требует иерархического построения памяти. По меньшей мере, должно быть два уровня иерархии: основная память и внешняя.
6. Принцип адресности основной памяти. Основная память должна состоять из пронумерованных ячеек, каждая из которых доступна программе в любой момент времени по ее двоичному адресу.
Процессор и основная память являются центральными устройствамикомпьютера, поскольку именно на их основе реализуется принцип программного управления. Все остальные устройства компьютера считаются внешними, или периферийными.
Внешние устройствакомпьютера - устройства, обеспечивающие ввод и вывод данных из основных устройств компьютера (устройства ввода-вывода) и долговременное хранение информации, не обрабатываемой процессором в данный момент времени (внешние запоминающие устройства).
В одном компьютере может использоваться до нескольких сотен внешних устройств разного типа. Состав устройств ввода-вывода может изменяться в зависимости от классов задач, решаемых на компьютере.
Производительность и эффективность использования компьютера определяются не только составом и характеристиками ее устройств, но и способом организации их совместной работы. Связь между устройствами компьютера осуществляется с помощью сопряжений, которые называются интерфейсами.
Интерфейспредставляет собой совокупность стандартизованных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информацией (сигналами) между устройствами. Наличие стандартных интерфейсов позволяет унифицировать передачу информации в виде сигналов между устройствами независимо от их особенностей.
Основной, центральной частью компьютера является процессор, объединяющий арифметико-логическое устройство и устройство управления в единое целое. У современных компьютеров значительно расширились номенклатура и число подключаемых устройств ввода-вывода; запоминающее устройство приняло иерархический вид за счет сверхоперативной кэш-памяти и разнообразных внешних накопителей.
Появился термин "аппаратная платформа" для классов и типов ЭВМ. Под этим термином стали понимать совокупность технических средств, определяющих среду функционирования конкретных программ обработки данных. В основу аппаратной платформы были положены совокупность интерфейсной системы передачи данных и тип используемого процессора.
Термин "архитектура ЭВМ" приобрел новое звучание применительно к современным компьютерам.
Архитектура компьютера - это совокупность основных устройств, узлов и блоков, а также структура основных информационных и управляющих связей между ними, обеспечивающая выполнение заданных функций; структура базового программного обеспечения, а также сочетание аппаратного и базового программного обеспечения, поддерживающее объединение компьютеров в сети.
Принципом построения и функционирования современных компьютеров различных классов является программное управление, в основе которого находится представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
В общем случае алгоритм определяется как порядок выполнения операций над данными с целью получения конечного результата либо как конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций. Одна и та же задача может быть реализована по различным алгоритмам, в то же время для реализации одного и того же алгоритма могут использоваться различные программы, учитывающие особенности архитектуры компьютера.
При решении задачи вся информация должна быть доступна процессору и располагаться в оперативной памяти. Для современных ЭВМ принята байтовая структура памяти, т.е. все ее пространство условно разбивается на ячейки по 1 байту. Байты виртуально нумеруются, и к ним по адресам памяти обращается центральный процессор. Передача данных между внутренней памятью и центральным процессором осуществляется словами.
Исходя из предложенного Дж. Фон Нейманом иерархического принципа памяти, в современных компьютерах память по назначению, методам использования и параметрам подразделяется на оперативную, постоянную, внешнюю сменяемую, внешнюю несменяемую, процессорную.
Для четкого понимания принципа программного управления работой отметим, что это управление "внутри машины" реализуется благодаря взаимодействию двух блоков: центрального процессора и внутренней памяти. Внутренняя память предназначается для кратковременного хранения программ и обрабатываемых данных. Она содержит данные (числа и символы), подлежащие обработке, промежуточные и окончательные результаты. Часть оперативной памяти может выступать как буфер для хранения отдельных параметров внешних устройств машины.
Устройство управления, являющееся составной частью центрального процессора, обеспечивает автоматическое выполнение программы путем принудительной координации работы всех остальных устройств ЭВМ. Устройство управления, считывая очередную команду, расшифровывает ее, определяет перечень необходимых компонентов для ее выполнения, загружает их из памяти и реализует. При этом каждая команда под воздействием сигналов устройства управления выполняется в цикле, рис. 3.5.
Программное управление осуществляется в несколько этапов:
1. Формирование адреса очередной команды. Адрес первой
команды программы находится вне цикла специальным способом.
2. Нахождение и выборка из оперативной памяти команды,
расшифровка ее содержания.
2.3. На каких принципах построены компьютеры?
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.
1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.
А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.
Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”.
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).
Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.
Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без “счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.
Общие принципы работы электронных вычислительных машин. Сущность магистрально-модульного принципа, его задачи. Характеристика основных видов шин: данных, адреса, управления. Организация базовых технических средств ПЭВМ. Упрощённая схема микропроцессора.
Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
Вид | реферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 04.03.2014 |
Размер файла | 22,2 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1. Принципы построения и функционирования ПК
2. Понятие и классификация правовой информации
1. Принципы построения и функционирования ПК
Во второй половине XX века человечество вступило в новый этап своего развития. В этот период начался переход от индустриального общества к информационному. Процесс, обеспечивающий этот переход, получил название информатизации. Информатизация - это процесс создания, развития и всеобщего применения информационных средств и технологий, обеспечивающих достижение и Поддержание уровня информированности всех членов общества, необходимого и достаточного для кардинального улучшения качества труда и условий жизни в обществе. При этом информация становится важнейшим стратегическим ресурсом общества и занимает ключевое место в экономике, образовании и культуре. Неизбежность информатизации общества обусловлена резким возрастанием роли и значения информации. Информационное общество характеризуется высокоразвитой информационной сферой, которая включает деятельность человека по созданию, переработке, хранению, передаче и накоплению информации.
Общие принципы работы электронных вычислительных машин сформулированы учеными Ч.Бэббиджем и Дж. фон Нейманом. Согласно этим принципам, любую ЭВМ образуют три главных компонента.
Информация, с которой работает ЭВМ, всегда представлена в двоичном коде и делится на два принципиально разных типа (идея Ч.Бэббиджа): 1) набор команд по обработке (программа); 2) данные, обрабатываемые программой. Руководит обработкой процессор (от англ. process-- обрабатывать), который, в свою очередь, состоит из двух блоков: устройства управления и арифметико-логического устройства. Команды и данные вводятся в оперативную память машины -- электронное устройство с очень коротким временем доступа. Согласно принципу фон Неймана, адресное пространство памяти является линейным (последовательным) и машинные команды неотличимы от данных. Устройство управления процессора выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство проводит арифметические и логические операции над данными. С процессором и ОЗУ связаны внешние устройства: клавиатура, дисплей, магнитные диски, принтеры и т.д. Именно эти устройства обеспечивают ввод, вывод и долговременное хранение информации. Нейман завершил разработку общих принципов ЭВМ, начатую в XIX в. Ч.Бэббиджем.
В основу современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет комплектовать нужную конфигурацию и производить необходимую модернизацию. Модульный принцип опирается на шинный принцип обмена информацией между модулями Системная шина или магистраль компьютера включает в себя несколько шин различного назначения. Магистраль включает в себя три много разрядные шины:
Шина данных используется для передачи различных данных между устройствами компьютера. Особый тип данных - команды процессора, которые также передаются по шине данных. Основная характеристика шины - количество разрядов, скорость передачи по 64- разрядной шине будет в два раза выше чем по 32- разрядной шине. Передача по шине данных может осуществляться в разных направлениях, например, от процессора к памяти и от памяти к процессору.
Шина адреса применяется для адресации пересылаемых данных, то есть для определения их местоположения в памяти или в устройствах ввода/вывода. При получении (чтении) данных процессор устанавливает на шине адреса тот номер ячейки памяти, где хранятся требуемые данные, а при необходимости сохранить данные - номер той ячейки, где данные будут храниться. Количество всех возможных адресов определяется как 2n, где n- количество разрядов шины адреса. Например, 32-разрядная шина адреса позволяет адресовать 232 или 4 294 967 296 ячеек памяти.
Шина управления включает в себя управляющие сигналы, которые служат для временного согласования работы различных устройств компьютера, для определения направления передачи данных, для определения форматов передаваемых данных и т.д Одним словом, это служебная информация.
Помимо этих трех шин существует также шина питания , по которой к устройствам компьютера подаются питающие напряжения (обычно это +5В, +12В,-5В, и -12В), а также общие провода («земля») с нулевым потенциалом.
Организация базовых технических средств ПЭВМ в целом определяется основными структурными компонентами (блоками): процессором, подсистемой памяти, системным интерфейсом или шиной и его расширением, подсистемой внешней памяти, видеоподсистемой, подсистемой контроллеров базовых периферийных устройств.
Все устройства входящие в состав компьютера, обмениваются информацией в виде электрических сигналов по шинам. Шина представляет собой группу электрических проводов, к которым с помощью разъемов могут параллельно подключаться самые различные устройства. При этом устройства совершенно безболезненно можно менять местами, заменять другими, устанавливать новые устройства, работа шины от этого не нарушается. Однако, непосредственно к магистрали можно подключить лишь процессор и оперативную память, Остальные устройства подключаются с помощью специальных согласующих устройств - контроллеров (контроллер дисководов, видеоконтроллер и т.д.)
Принцип работы ЭВМ рассматривается на примере персонального компьютера.
Основу ПК составляет системный блок, в котором размещены: микропроцессор (МП), блок оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), долговременной памяти на жёстком магнитном диске (Винчестер), устройства для запуска компакт-дисков (CD) и дискет (НГМД). Там же находятся платы: сетевая, видеопамяти, обработки звука, модем (модулятор-демодулятор), интерфейсные платы, обслуживающие устройства ввода-вывода: клавиатуры, дисплея, «мыши», принтера и др.
Все функциональные узлы ПК связаны между собой через системную магистраль, представляющую из себя более трёх десятков упорядоченных микропроводников, сформированных на печатной плате.
Микропроцессор служит для обработки информации: он выбирает команды из внутренней памяти (ОЗУ или ПЗУ), расшифровывает и затем исполняет их, производя арифметические и логические операции. Получает данные из устройства ввода и посылает результаты на устройства вывода. Он вырабатывает также сигналы управления и синхронизации для согласованной работы его внутренних узлов, контролирует работу системной магистрали и всех периферийных устройств.
Упрощённая схема микропроцессора представлена на рис. «Программный принцип работы ПК» (выделена штриховой линией с надписью ЦП). В его состав входят: арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции над двоичными числами; блок регистров общего назначения (РОН), используемых для временного хранения обрабатываемой информации (R0 - R5), указателя стека (R6) и счётчика команд (R7); устройство управления (УУ), определяющее порядок работы всех узлов микропроцессора. Одной из важнейших характеристик микропроцессора является его разрядность, определяемая числом разрядов АЛУ и РОН. Современные микропроцессоры имеют 16- , 32- и 64-разрядную длину двоичного числа, а также до 200 и более различных внутренних команд.
Обработка информации осуществляется по программе, которая представляет собой последовательность команд, управляющих работой компьютера. Команда состоит из кода операции и адреса. Код операции сообщает микропроцессору, что нужно сделать, какую выполнить операцию: сложить, сравнить, переслать, очистить и т.д. Адрес указывает место, где находятся данные, подлежащие обработке. Команды бывают безадресные, одноадресные и двухадресные.
Выполнение любой команды состоит из двух фаз: фазы выборки и фазы исполнения. Фаза выборки начинается по сигналу начала цикла команды. При этом содержимое счётчика команд (Сч. команд) указывает на её адрес в ОЗУ (например, 1000). Как только сигнал по шине адресов поступит в ОЗУ, содержимое счётчика команд изменится на 2 и укажет адрес следующей команды. Из ОЗУ по шине данных команда поступает в регистр команд (Рег. команд) микропроцессора. В данном случае это команда ADD(R0),R1. Фаза исполнения начинается с расшифровки полученной команды. В нашем примере код операции ADD предписывает АЛУ сложить содержимое, находящееся по адресу источника, хранимому в регистре R0, с содержимым, размещенным по адресу приёмника R1, и результат поместить в регистр приёмника R1. На этом кончается фаза исполнения данной команды и микропроцессор готов к выполнению следующей команды, указанной в счётчике команд (СК+2) и т.д. Следует обратить внимание на особенность записи адреса источника R0. Этот адрес в команде взят в круглые скобки. В этом случае в регистре R0 хранятся не сами данные, а номер адреса, в котором находятся искомые данные.
Итак, компьютер функционирует лишь благодаря программному обеспечению, без которого он бесполезен. Программное обеспечение условно можно разделить на системное (например, Операционная Система Windows и др.), прикладное (например, Microsoft Office, Adobe Photoshop, Macromedia Flash и др.), инструментальное (например, Audio Editor Gold, QuickTime Player и др.).
В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись, но ещё десять лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер -- они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер. А теперь в каждом третьем доме есть компьютер, который уже глубоко вошёл в жизнь самих обитателей дома. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются. Этому в значительной степени способствует распространение персональных ЭВМ, и особенно микроЭВМ. За время, прошедшее с 50-х годов, цифровая ЭВМ превратилась из "волшебного”, но при этом дорогого, уникального и перегретого нагромождения электронных ламп, проводов и магнитных сердечников в небольшую по размерам машину - персональный компьютер, состоящий из миллионов крошечных полупроводниковых приборов, которые упакованы в небольшие пластмассовые коробочки.
На сегодняшний день компьютерные технологии применяются по-всюду, они управляют работой кассовых аппаратов, следят за работой автомобильных систем зажигания, ведут учёт семейного бюджета, или просто используются в качестве развлекательного комплекса, но это только малая часть возможностей современных компьютеров. Более того, бурный прогресс полупроводниковой микроэлектроники, представляющей собой базу вычислительной техники, свидетельствует о том, что сегодняшний уровень как самих компьютеров, так и областей их применения является лишь слабым подобием того, что наступит в будущем.
2. Понятие и классификация правовой информации
До 70-х годов прошлого века в юриспруденции понятие «правовая информация» вообще не использовалось, как и вообще термин информация до недавнего времени не использовался в сфере общественных отношений. С развитием теории информации и внедрением ее в практику общественной жизни стали использоваться понятия «информация», «информационные процессы» и др. Постепенно и в юриспруденцию были внесены новые понятия, связанные с информацией.
При этом следует заметить, что в текстах законов и других нормативных правовых актов до сих пор отсутствует определение понятия «правовая информация». Это дает возможность по-разному понимать его содержание.
Современные авторы применяют более дифференцированный подход к определению понятия «правовая информация». Этому способствует практика нормотворчества и достижения аналитической юриспруденции.
В частности, О.А.Гаврилов относит к правовой информации «любые сведения о фактах, событиях, предметах, лицах, явлениях, протекающих в правовой сфере, содержащиеся в различных источниках и используемых государством и обществом для решения практических задач правотворчества, правоприменительной и правоохранительной деятельности, защиты прав и свобод личности».
Таким образом, к правовой информации относятся:
- нормативные и ненормативные правовые акты (законы, подзаконные акты, акты правоприменения и др.);
- нормативные акты корпораций и других организаций;
- официальные акты и обобщения судебной практики;
- документы юридической деятельности правоохранительных органов;
- официальные заключения экспертов и специалистов, а также другие доказательства, допустимые в процессуальной деятельности судебных органов;
Принято считать, что к основным видам правовой информации относятся нормативная и ненормативная правовая информация.
Нормативная правовая информация.
К наиболее распространенному виду правовой информации, то есть информации непосредственно относящейся к норма права, являются нормативные правовые акты разного уровня и разновидностей (международные правовые документы, федеральные нормативные акты, региональные нормативные правовые акты и нормативные правовые акты органов местного самоуправления).
К нормативной правовой информации относятся также нормативные акты локального характера (документы организаций нормативного характера - приказы и распоряжения, инструкции и др.).
Ненормативная правовая информация.
К ненормативной правовой информации относится также огромный массив неофициальной информации правового характера судебных органов (официально опубликованные обобщения и обзоры судебной практики).
Электронная правовая информация.
Наряду с информационным правовым массивом официального характера существует целая система неофициальной правовой информации.
Начиная с 90-х годов, с момента начала информатизации государственной и общественной жизни и массового внедрения компьютеров получило распространение массовое использование справочных правовых систем (далее - СПС) в электронном виде. Такие системы формируются на основе применения информационных технологий и электронно-вычислительной техники.
Быстрый поиск и удобные условия использования выдвинули такие информационно-справочные правовые системы в число наиболее распространенных в настоящее время.
К числу электронной правовой информации относятся не только известные СПС, как «Консультант Плюс», «Гарант», «Кодекс», «ЮСИС», но и правовая информация размещаемая и распространяемая по каналам глобальных телекоммуникационных сетей (например, ИНТЕРНЕТ). В последнее время, в связи с внедрением наиболее интеллектуальных и высокотехнологичных поисковых систем, в сетевом режиме юристы и другие специалисты используют полезную правовую информацию (нормативные правовые акты, информацию о судебной деятельности, аналитическую правовую информацию и т.д.).
В последнее время внедрение электронных форм ведения деловой жизни позволило использовать новые формы передачи правовой информации (в том числе электронных документов). В связи с принятием закона «Об электронно-цифровой подписи» такие формы получают все большее распространение.
микропроцессор вычислительный магистральный
1.Информатика. Практикум. Учебное пособие/ Атрощенко В. А и др. - Краснодар: 2005 г.
2. Информатика: Базовый курс / С.В. Симонович и др. - СПб.: Питер, 2001.
3. Информатика: Учебник / Под ред. Проф. Н.В. Макаровой. -- М.: Финансы и статистика, 2003.
4. Информатика: Практикум по технологии работы на компьютере / Под ред. Проф.
5. Курс лекций по общей информатике / Атрощенко В.А. и др. - Краснодар: 2006.
6.Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК 17-е изд. 2007.
7. С.Э. Зелинский «ПК. Устройства, периферия, комплектующие». - 2005г.
8. С.В. Глушаков, А.С. Сурядный «Персональный компьютер». - 2002 г
9. Акопов Г.Л. Правовая информатика. Учебное пособие, изд. Дашков и К, 2008.
10. Гаврилов О.А. - Курс правовой информатики. Учебник для вузов, М.: Изд-во НОРМА, 2000
11. Консультант Плюс: Шаг за шагом (технология 3000). Руководство пользователя. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: ЗАО «Консультант Плюс, 2007.
2.1. Что такое компьютер?
Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами [51].
Существует два основных класса компьютеров:
цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде числовых двоичных кодов;
аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин.
Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее будем рассматривать только этот класс компьютеров и слово "компьютер" употреблять в значении "цифровой компьютер".
Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.
Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд.
Команда — это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат.
Например, у команды "сложить два числа" операндами являются слагаемые, а результатом — их сумма. А у команды "стоп" операндов нет, а результатом является прекращение работы программы.
Результат команды вырабатывается по точно определенным для данной команды правилам, заложенным в конструкцию компьютера.
Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.
Компьютеры работают с очень высокой скоростью, составляющей миллионы - сотни миллионов операций в секунду.
2.2. Как устроен компьютер?
Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства:
память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;
процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);
Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.
Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме (рис. 2.1). Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками — пути и направления передачи управляющих сигналов.
Рис. 2.1. Общая схема компьютера
приём информации из других устройств;
выдача информации по запросу в другие устройства машины.
обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.
Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).
Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.
В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами.
Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, "вырезать" отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами.
Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд). Логическая схема триггера описана в разделе 5.7.
Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления.
Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций.
Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:
сумматор — регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции (принцип его работы рассмотрен в разделе 5.8);
счетчик команд — регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;
регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.
2.5. Как выполняется команда?
Выполнение команды можно проследить по схеме:
Общая схема компьютера
Как пpавило, этот процесс разбивается на следующие этапы:
из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, выбирается очередная команда; содержимое счетчика команд при этом увеличивается на длину команды;
выбранная команда передается в устройство управления на регистр команд;
устройство управления расшифровывает адресное поле команды;
по сигналам УУ операнды считываются из памяти и записываются в АЛУ на специальные регистры операндов;
УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответствующую операцию над данными;
результат операции либо остается в процессоре, либо отправляется в память, если в команде был указан адрес результата;
все предыдущие этапы повторяются до достижения команды “стоп”.
Общие принципы организации и работы компьютеров.doc
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
и получи доступ ко всей экосистеме Автор24
Темой данного реферата является «Основные принципы работы компьютера».
В настоящее время компьютеры активно применяются во всех сферах жизни, и к 2016 году большинство людей ежедневно использует персональные компьютеры (ПК) в быту, на работе, учебе.
Как правило, пользователи используют в работе персональные компьютеры (ПК), поэтому в данном реферате будут рассмотрены именно они.
ПК применяются в различных видах деятельности даже очень далеких от информационных технологий: медицина, строительство, бухгалтерия, производство, образование, государственные услуги и т.д. Для автоматизации, коммуникации, хранения, обработки и передачи данных. Знание информационных технологий, структуры и функционального назначения компьютера, а также принципов его работы необходимо для эффективной работы на нем. Поэтому тема данного реферата является актуальной.
Современный компьютер – это система, построенная на базе электронных микросхем, и предназначенная для хранения, обработки и передачи любых видов информации [2, с. 46].
В последние годы все более широкое распространение получают ноутбуки и планшетные компьютеры.
Объектом исследования в данном реферате является персональный компьютер.
Предметом исследования в данном реферате являются основные принципы работы компьютера.
В реферате ставится цель: изучить принципы функционирования компьютера.
Для достижения цели ставятся задачи:
ввести основные понятия и определения;
изучить структуру современных компьютеров;
привести классификацию компьютеров;
исследовать принципы построения компьютера Фон Неймана (принцип программного управления, принцип однородности памяти, принцип адресности);
рассмотреть структуру компьютера Фон Неймана.
Исследование и разработка принципов для создания электронной вычислительной машины началось еще в XIX веке, когда английский математик и экономист Чарльз Бэббидж разработал свою «аналитическую машину», затем его исследования продолжили Ада Лавлейс и Г. Холлерит. Однако наиболее весомым вкладом для создания архитектуры ЭВМ стала работа Джона фон Неймана, сформулировавшего принципы построения компьютера, которые остаются актуальными и, по сей день.
Исследованием данной проблемы занимались различные авторы, как в России, так и за рубежом. При написании данного реферата были использованы учебные пособия А. С. Грошева, Н. В. Макаровой, В. Б Волкова, Б.Я. Цилькера и других авторов, а также интернет источники и статьи, посвященные архитектуре ЭВМ, принципам ее работы и истории создания, приведенные в списке литературы.
Реферат состоит из двух разделов с подразделами, первый раздел содержит информацию об устройстве современных компьютеров, второй раздел посвящен принципам функционирования ЭВМ.
1. КОМПЬЮТЕР И ЕГО УСТРОЙСТВО. КЛАССИФИКАЦИЯ СОВРЕМЕНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ
1.1. Компьютер, основные понятия и определения. Структура современных компьютеров и их компоненты
Первая глава посвящена рассмотрению объекта исследования – компьютера и его основных характеристик.
Компьютер – это электронно-вычислительная машина, выполняющая заданную последовательность операций, и предназначенная для хранения, обработки и передачи любых видов информации [1, 2].
Функционирование компьютера обусловлено двумя составляющими: физической (аппаратной) и программной. Аппаратная часть отвечает за технические характеристики вычислительной машины, а программы обеспечивают выполнение ее основных функций – решения задач, поставленных перед ЭВМ.
Программа – это упорядоченный набор команд [10].
Команда в свою очередь является описанием элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.
Архитектура компьютера - это описание его организации и принципов функционирования его структурных элементов. Включает основные устройства ЭВМ и структуру связей между ними.
Традиционно, компьютер включает в себя четыре основных устройства, обеспечивающих его функционирование:
память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из пронумерованных ячеек;
процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);
устройство ввода;
устройство вывода.
Обобщенная схема компьютера, иллюстрирующая основные устройства и связи между ними, представлена на рисунке 1 [9].
Рисунок 1 Обобщенная схема компьютера
Рисунок 2 Обобщенная схема компонентов компьютера
Аппаратная часть компьютера состоит из следующих основных компонентов: материнской платы, центрального процессора (ЦП), системного контроллера, оперативной памяти (ОП). Кроме того, видеокарты, периферийного контроллера, периферийных устройств, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), жесткого диска и приводов [3].
Материнская плата – это важнейшая составляющая компьютера, на ней установлен ЦП, соединяемый с помощью специальных разъемов с модулями ОП, видеокартой, звуковой картой и другими устройствами. Связь с устройствами обеспечивают контроллеры: системный контроллер (северный мост), обеспечивает связь ЦП с оперативной памятью и графическим контроллером; периферийный контроллер (южный мост), отвечает за связь с контроллерами периферийных устройств и ПЗУ.
Системный и периферийный контроллер образуют чипсет материнской платы, представляющий собой базовый набор микросхем . ОП – это энергозависимая память компьютера, которая хранит исполняемую программу и ее данные. Объем оперативной памяти влияет на производительность компьютера.
ПЗУ является энергонезависимой памятью компьютера, хранящей наиболее важную информацию, такую как программа первоначальной загрузки компьютера – BIOS (базовая система ввода-вывода).
Видеокарта является самостоятельной платой с процессором видеопамятью. Она предназначена для быстрого преобразования графической информации для вывода на экран. Её процессор предназначен непосредственно для работы с графикой. Частота обновления экрана и ширина цветового спектра зависит от объема видеопамяти.
Центральное процессорное устройство (ЦПУ) в настоящее время состоит из нескольких процессоров, которые параллельно остальным выполняют свои программы. Каждый процессор включает в себя несколько ядер.
Ядро микропроцессора включает в себя арифметико-логическое устройство, контроллер ядра и набор системных регистров. Регистры предназначены для хранения адреса текущей команды, адресов необходимых для выполнения команды данных и самих данных, а также результат выполнения команды.
Для организации хранения данных, с минимальным временем доступа предназначена кэш-память.
Таким образом, были рассмотрены основные определения, структура современного компьютера, обобщенная схема ее компоненты. В следующем подразделе будут рассмотрена классификация современных компьютеров.
1.2. Классификация современных компьютеров
Функционал компьютера напрямую зависит от его назначения, размеров и области применения, поэтому для понимания принципов работы компьютеров, необходимо рассмотреть их классификацию. Различают следующие критерии для классификации: принцип действия, размер, назначение и специализация.
Классификация ЭВМ по принципу действия
аналоговые компьютеры, работающие с данными, представленными в аналоговой (непрерывной) форме.
цифровые компьютеры, работающие с данными, представленными в цифровой (дискретной) форме.
гибридные компьютеры обрабатывают данные, представленные как в цифровой, так и в аналоговой форме и совмещают в себе их достоинства [9].
Среди приведенных выше типов компьютеров, в настоящее время применяются только цифровые.
По назначению различают следующие типы компьютеров:
универсальные компьютеры, предназначенные для решения множества различных задач: экономических, инженерно-технических, математических, информационных и др. Они отличаются применением сложных алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Такие компьютеры предназначены для вычислительных центров коллективного пользования и мощных вычислительных комплексов.
проблемно-ориентированные компьютеры, предназначенные для решения более узкого круга задач, таких как: управление технологическими объектами; регистрация, накопление и обработка относительно простых алгоритмов работы. Программные и аппаратные ресурсы таких ЭВМ ограниченны по сравнению с универсальными.
специализированные компьютеры, предназначенные для решения для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Достоинством таких ЭВМ является четкая специализация их структуры, достаточно низкая стоимость и сложность при высокой производительности и надежности их работы. Недостатком является невозможность применения данных компьютеров для других задач [7].
По размеру компьютеры разделяют на:
сверхбольшие (суперЭВМ);
большие (Mainframe);
малые;
сверхмалые (микроЭВМ).
Среди сверхмалых ЭВМ выделяют следующие типы:
персональные компьютеры;
многопользовательские микро ЭВМ;
рабочие станции;
серверы.
Персональные компьютеры: это компьютеры, которые могут использоваться одним человеком автономно, независимо от других компьютеров. Персональные компьютеры могут быть настольными(desktop), переносными(notebook), карманными (palmtop), а также устройства, сочетающие возможности карманных персональных компьютеров и устройств мобильной связи (РDА).
Наиболее распространенными являются настольные ПК, которые позволяют легко изменять конфигурацию.
Портативные удобны для пользования, имеют средства компьютерной связи.
Карманные модели можно назвать «интеллектуальными» записными книжками, разрешают хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ.
Многопользовательские микро ЭВМ – это мощные компьютеры, содержащие несколько видеотерминалов и функционирующие в режиме разделения времени. Такая архитектура позволяет осуществлять эффективную работу сразу нескольких пользователей.
Рабочие станции (work station) – это мощные однопользовательские микро ЭВМ, которые специализированы для выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и др.).
Серверы (server) – – это мощные многопользовательские микро ЭВМ, которые функционируют в вычислительных сетях, и выполняют обработку запросов от всех станций сети [7].
Существует множество различных классификаций компьютеров, в данном реферате были приведены наиболее значимые. Следует отметить, что такое разделение условно, так как современные персональные компьютеры, имея необходимое программное обеспечение, могут использоваться для решения различных задач, например, выполнять функции сервера или рабочей станции.
В первом разделе данного реферата были рассмотрены основные понятия, определения, структура и классификация современных компьютеров. История создания, архитектура и принципы работы будут исследованы во втором разделе реферата.
2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И СТРУКТУРА КОМПЬЮТЕРА ФОН НЕЙМАНА
2.1. Принципы построения компьютера фон Неймана
Подавляющее большинство современных компьютеров основывается на принципах построения и архитектуре электронных вычислительных машин, выведенных американским ученым-математиком Джоном фон Нейманом.
Основы архитектуры были заложены фон Нейманом в 1944 году при создании первого в мире лампового компьютера ЭНИАК. Разработка ЭВМ проводилась в Институте Мура в Пенсильванском Университете, при участии Джона Уильяма Мокли, Германа Голдстайна, Джона Экерта и Артура Бёркса, где у коллег зародилась идея разработки усовершенствованной машины, которой дали название EDVAC. Исследовательская работа над EDVAC продолжалась параллельно с конструированием ЭНИАК [5].
В 1946 фон Нейман, Бёркс и Голдстайн перевелись из Института Мура в Институт перспективных исследований, где приняли решение создать свою ЭВМ, под названием «IAS-машина», аналогичную EDVAC, и применять её в научно-исследовательской работе. В июне того же года ученые изложили собственные принципы построения вычислительных машин в ставшей классической статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства»[5].
Выдвинутые в статье положения не теряют своей актуальности и сейчас, несмотря на то, что с тех пор прошло уже семьдесят лет. Авторы в своей статье предлагают применение двоичной системы счисления для представления чисел в памяти ЭВМ вместо десятичной. Фон Нейман и с коллегами смогли обосновать и продемонстрировать преимущества использования двоичной системы для представления чисел для технической реализации. Его удобство и легкость выполнения в ней арифметических и логических операций. Позднее компьютеры начали обрабатывать и нечисловые виды информации такие как: текстовая, графическая, звуковая и другие. Тем не менее, двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.
Таким образом, было выведено четыре основных принципа работы компьютера:
принцип программного управления;
принцип однородности памяти;
принцип адресности;
принцип двоичного кодирования.
Следует отметить, что не все исследователи выделяют принцип двоичного кодирования как отдельный, так как он входит в принцип программного управления.
2.1.1. Принцип программного управления
Первый принцип – принцип программного управления впервые был сформулирован Джоном фон Нейманом, при участии Гольцтайна и Берца в 1946 году. Он гласит, что программа представляет собой набор команд, выполняемых процессором автоматически в определенной последовательности.
Выбор программы из памяти реализуется при помощи счетчика команд
2.6. Что такое архитектура и структура компьютера?
При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру.
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.
Во второй половине XX века начался переход от индустриального общества к информационному.
Информатизация – это процесс создания, развития и тотального применения информационных технологий и средств, гарантирующих достижение и сохранение уровня информированности общества в целом, необходимого и достаточного для совершенного улучшения качества труда и условий жизни в обществе. Информация становится важнейшим ресурсом и занимает первое место во всех сферах жизни общества.
Информационные системы – это программно-аппаратное обеспечение, предназначенное для хранения, поиска и обработки информации.
Необратимость информатизации общества объясняется резким возрастанием роли и значения информации.
Научной основой процесса информатизации общества является научная дисциплина – информатика.
Цель данной работы: изучить организацию и принципы работы персонального компьютера. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем работы 13 страниц.
Принципы организации и работы персонального компьютера
Процессор- электронный блок или интегральная схема, выполняющая машинные инструкции (программный код), основная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда его называют микропроцессором или просто процессором. Он обрабатывает всю входящую в него информацию, распределяя ее между другими компонентами. Он состоит из текстолита, на котором закреплены микроконтроллеры и установлен кристалл – в нем происходят все вычисления. Он закрыт металлической крышкой.
На сегодняшний день существует достаточно компаний, занимающиеся производством процессоров для ПК. Это Intel, AMD, Cyrix, VIA, NexGen и многие другие. Однако самыми популярными являются Intel и AMD.
Мощность процессоров определяется количеством ядер и частотой в гигагерцах.
Современные процессоры могут выполнять большое количество операций и вычислений. Чем серьезнее расчет, тем сильнее нагревается процессор, что негативно сказывается на кристалле. Поэтому процессору нужна хорошая система охлаждения.
Зарегистрируйся в два клика и получи неограниченный доступ к материалам, а также промокод на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Темой данного реферата является «Основные принципы работы компьютера».
В настоящее время компьютеры активно применяются во всех сферах жизни, и к 2016 году большинство людей ежедневно использует персональные компьютеры (ПК) в быту, на работе, учебе.
Как правило, пользователи используют в работе персональные компьютеры (ПК), поэтому в данном реферате будут рассмотрены именно они.
ПК применяются в различных видах деятельности даже очень далеких от информационных технологий: медицина, строительство, бухгалтерия, производство, образование, государственные услуги и т.д. Для автоматизации, коммуникации, хранения, обработки и передачи данных. Знание информационных технологий, структуры и функционального назначения компьютера, а также принципов его работы необходимо для эффективной работы на нем. Поэтому тема данного реферата является актуальной.
Современный компьютер – это система, построенная на базе электронных микросхем, и предназначенная для хранения, обработки и передачи любых видов информации [2, с. 46].
В последние годы все более широкое распространение получают ноутбуки и планшетные компьютеры.
Объектом исследования в данном реферате является персональный компьютер.
Предметом исследования в данном реферате являются основные принципы работы компьютера.
В реферате ставится цель: изучить принципы функционирования компьютера.
Для достижения цели ставятся задачи:
ввести основные понятия и определения;
изучить структуру современных компьютеров;
привести классификацию компьютеров;
исследовать принципы построения компьютера Фон Неймана (принцип программного управления, принцип однородности памяти, принцип адресности);
рассмотреть структуру компьютера Фон Неймана.
Исследование и разработка принципов для создания электронной вычислительной машины началось еще в XIX веке, когда английский математик и экономист Чарльз Бэббидж разработал свою «аналитическую машину», затем его исследования продолжили Ада Лавлейс и Г. Холлерит. Однако наиболее весомым вкладом для создания архитектуры ЭВМ стала работа Джона фон Неймана, сформулировавшего принципы построения компьютера, которые остаются актуальными и, по сей день.
Исследованием данной проблемы занимались различные авторы, как в России, так и за рубежом. При написании данного реферата были использованы учебные пособия А. С. Грошева, Н. В. Макаровой, В. Б Волкова, Б.Я. Цилькера и других авторов, а также интернет источники и статьи, посвященные архитектуре ЭВМ, принципам ее работы и истории создания, приведенные в списке литературы.
Реферат состоит из двух разделов с подразделами, первый раздел содержит информацию об устройстве современных компьютеров, второй раздел посвящен принципам функционирования ЭВМ.
1. КОМПЬЮТЕР И ЕГО УСТРОЙСТВО. КЛАССИФИКАЦИЯ СОВРЕМЕНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ
1.1. Компьютер, основные понятия и определения. Структура современных компьютеров и их компоненты
Первая глава посвящена рассмотрению объекта исследования – компьютера и его основных характеристик.
Компьютер – это электронно-вычислительная машина, выполняющая заданную последовательность операций, и предназначенная для хранения, обработки и передачи любых видов информации [1, 2].
Функционирование компьютера обусловлено двумя составляющими: физической (аппаратной) и программной. Аппаратная часть отвечает за технические характеристики вычислительной машины, а программы обеспечивают выполнение ее основных функций – решения задач, поставленных перед ЭВМ.
Программа – это упорядоченный набор команд [10].
Команда в свою очередь является описанием элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.
Архитектура компьютера - это описание его организации и принципов функционирования его структурных элементов. Включает основные устройства ЭВМ и структуру связей между ними.
Традиционно, компьютер включает в себя четыре основных устройства, обеспечивающих его функционирование:
память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из пронумерованных ячеек;
процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);
устройство ввода;
устройство вывода.
Обобщенная схема компьютера, иллюстрирующая основные устройства и связи между ними, представлена на рисунке 1 [9].
Рисунок 1 Обобщенная схема компьютера
Рисунок 2 Обобщенная схема компонентов компьютера
Аппаратная часть компьютера состоит из следующих основных компонентов: материнской платы, центрального процессора (ЦП), системного контроллера, оперативной памяти (ОП). Кроме того, видеокарты, периферийного контроллера, периферийных устройств, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), жесткого диска и приводов [3].
Материнская плата – это важнейшая составляющая компьютера, на ней установлен ЦП, соединяемый с помощью специальных разъемов с модулями ОП, видеокартой, звуковой картой и другими устройствами. Связь с устройствами обеспечивают контроллеры: системный контроллер (северный мост), обеспечивает связь ЦП с оперативной памятью и графическим контроллером; периферийный контроллер (южный мост), отвечает за связь с контроллерами периферийных устройств и ПЗУ.
Системный и периферийный контроллер образуют чипсет материнской платы, представляющий собой базовый набор микросхем
Подобные документы
Принципы, которые положены в основу построения большинства электронных вычислительных машин. Сущность принципа двоичного кодирования и программного управления. Структурный состав основной памяти. Основные блоки ЭВМ по Джону фон Нейману: память, процессор.
презентация [96,2 K], добавлен 01.04.2010
Роль компьютеров и информационных технологий в жизни современно человека. Основные принципы функционирования современных персональных электронных вычислительных машин. Основные устройства компьютера, компоненты системного блока и их взаимодействие.
реферат [29,2 K], добавлен 10.12.2012
Периодизация развития электронных вычислительных машин. Счетные машины Паскаля и Лейбница. Описаний эволюционного развития отечественных и зарубежных пяти поколений электронных вычислительных машин. Сущность внедрения виртуальных средств мультимедиа.
доклад [23,6 K], добавлен 20.12.2008
Классические принципы построения электронных вычислительных машин, их основные блоки: арифметико-логический, устройства управления, ввода-вывода и памяти. Автоматизация перевода информации. Двоичное кодирование и организация оперативной памяти компьютера.
презентация [55,2 K], добавлен 22.02.2015
Программное обеспечение языков программирования, их виды и общая структура каждого поколения. Понятие архитектуры ЭВМ, ее структура и принципы функционирования. Основные характеристики вычислительной техники. Перспективы развития вычислительных средств.
Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами [51].
Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.
Работа содержит 1 файл
Общие принципы организации и работы компьютеров
2.4. Что такое команда?
Команда — это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.
В общем случае, команда содержит следующую информацию:
код выполняемой операции;
указания по определению операндов (или их адресов);
указания по размещению получаемого результата.
В зависимости от количества операндов, команды бывают:
Команды хранятся в ячейках памяти в двоичном коде.
В современных компьютерах длина команд переменная (обычно от двух до четырех байтов), а способы указания адресов переменных весьма разнообразные.
В адресной части команды может быть указан, например:
сам операнд (число или символ);
адрес операнда (номер байта, начиная с которого расположен операнд);
адрес адреса операнда (номер байта, начиная с которого расположен адрес операнда), и др.
Рассмотрим несколько возможных вариантов команды сложения (англ. add — сложение), при этом вместо цифровых кодов и адресов будем пользоваться условными обозначениями:
одноадресная команда add x (содержимое ячейки x сложить с содержимым сумматора, а результат оставить в сумматоре)
двухадресная команда add x, y (сложить содержимое ячеек x и y, а результат поместить в ячейку y)
трехадресная команда add x, y, z (содержимое ячейки x сложить с содержимым ячейки y, сумму поместить в ячейку z)
Читайте также: