Обработка информации с помощью ЭВМ
Самые распространенные устройства обработки информации — ЭВМ. Они являются преобразователями информации и по своей структуре относятся к сложным системам. Как и любая сложная система, ЭВМ содержит объект управления и управляющую систему. Основным узлом ЭВМ, обрабатывающим информацию, является арифметико-логическое устройство АЛУ. Оно является объектом управления в системе обработки информации. Основу управляющей системы составляет микропрограммное устройство управления ММУ. В своей работе арифметико-логическое устройство и микропрограммное устройство управления взаимодействуют с запоминающим устройством ЗУ, которое может быть постоянным (ПЗУ), оперативным (ОЗУ) и долговременным (ДЗУ) (рис. 15.7 а).
Простейшие входные и выходные элементы преобразователей у современных ЭВМ превратились в сложные электромеханические, электронно-оптические и электронные устройства, называемые устройствами ввода Увв и вывода Ув информации.
Устройство вывода преобразует выходные данные в форму, удобную для восприятия пользователем, хранения или передачи другим системам. Устройствами ввода/вывода служат блоки считывания с магнитных носителей информации, а также записи ее на эти носители. Такими устройствами являются фотосчитыватели, сканеры, дисковые накопители, графопостроители, принтеры.
Для организации диалогового режима работы используются дисплеи. По функциональному значению к устройствам ввода-вывода относятся пульты управления ПУ и соответствующие индикаторы И, которые являются устройствами сопряжения с человеком УСЧ. Через УСЧ человек-оператор Ч-О обменивается информацией с ЭВМ. Если ЭВМ входит в управляющую систему, то Увв и Ув становятся системными УСЧ и в этом случае в них можно выделить устройства сопряжения с объектом УСО. Часто устройство сопряжения с объектом управления ОУ рассматривается как самостоятельное функциональное устройство. По существу это аналогово-кодовый АКП и кодово-аналоговый КАП преобразователи (рис. 15.7 б). Через Увв и Ув информация также выдается и вводится с помощью машиночитаемых носителей, выполненных в виде дисков с записью информации механическим, магнитным или оптическим способом.
Совокупность машиночитаемого носителя и устройства считывания и записи на него информации представляет собой запоминающее устройство (накопитель). Основными устройствами ввода/вывода современных персональных электронно-вычислительных машин являются накопители на магнитных дисках, дисплей (монитор), клавиатура и печатающее устройство (принтер). Кроме перечисленных основных устройств в состав оборудования персональных ЭВМ могут входить дополнительные запоминающие устройства на жестких магнитных дисках; устройства ввода и вывода графических изображений (рисунков, чертежей, фотографий, схем, видеоизображений); средства связи, позволяющие подключать ЭВМ к сетям связи, например к телефонным, и объединять отдельные ЭВМ в мощные информационные сети.
Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций. Все математические операции в арифметико-логическом устройстве выполняются под воздействием микропрограммного устройства управления по специальным командам. Совокупность команд, которые должны быть выполнены для решения данной задачи, называется программой.
Микропрограммное устройство управления координирует работу всех устройств ЭВМ. Оно осуществляет выборку из запоминающего устройства очередной команды, ее расшифровку и организует работу ЭВМ по выполнению полученной команды. Команда в общем случае содержит в себе информацию о типе операции, которую необходимо выполнить, адрес расположения в запоминающем устройстве данных, которые будут участвовать в операции, адрес, по которому будет отправлен результат, и адрес расположения очередной команды.
Работа ЭВМ заключается в следующем. По сигналу микропрограммного устройства управления из запоминающего устройства считывается команда. Выбранная команда поступает в МУУ и расшифровывается. По результатам ее расшифровки вырабатываются необходимые управляющие команды, которые, поступая в АЛУ, Увв, Ув и память, обеспечивают подачу необходимых данных в АЛУ. Далее в АЛУ под действием очередных управляющих команд проводится заданная обработка информации. Результат операции направляется в ЗУ по соответствующему адресу, а в МУУ передается очередная команда, и описанный выше цикл повторяется.
Запоминающее устройство, или память ЭВМ, служит для хранения программ и обрабатываемой информации (данных). Данные в ЗУ представляются кодами в двоичной системе счисления. В постоянных запоминающих устройствах хранятся программы и константы. Их содержимое не стирается и записывается в процессе изготовления ЭВМ.
Оперативные запоминающие устройства служат для хранения данных в процессе обработки и часто изменяемых программ. Долговременные запоминающие устройства служат для хранения больших массивов данных и программ. Арифметико-логическое устройство МУУ и соответствующая область ЗУ рассматриваются как процессор (в буквальном переводе — обрабатыватель). Таким образом, процессор — это устройство ЭВМ, осуществляющее автоматическую обработку информации в соответствии с заданной программой. По существу АЛУ является сумматором.
Основой современных электронных устройств являются элементы, использующие электронные эффекты в полупроводниковых материалах. Бурное развитие полупроводниковой техники привело к созданию интегральных схем, а затем больших и сверхбольших интегральных схем. Это позволило изготовить процессор на одном кристалле полупроводника в виде БИС. Такая БИС может содержать тысячи элементарных транзисторов.
Процессор, изготовленный в виде одной или нескольких больших интегральных схем, получил название «микропроцессор». Используя микропроцессоры и соответствующие интегральные схемы, можно создать различные устройства обработки информации, в том числе микро-ЭВМ. В микропроцессоре Увв и Ув, встроенные в большие интегральные схемы, называют портами.