Общие принципы организации и работы компьютеров
Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.
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".
Все многообразие персональных компьютеров можно поделить на три основные группы:
1. Стационарные персональные компьютеры;
2. Мобильные персональные компьютеры (ноутбуки);
3. Карманные персональные компьютеры (КПК, коммуникаторы, смартфоны).
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.
Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.
Структура ПК основана на общих логических принципах, позволяющих выделить главные устройства:
· память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;
· процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);
· устройство ввода;
· устройство вывода.
Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.
Функции памяти:
· приём информации из других устройств;
· запоминание информации;
· выдача информации по запросу в другие устройства машины.
Функции процессора:
· 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).
В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами.
Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд). Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления.
В основу построения компьютеров положены общие принципы, сформулированные 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. Процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
2.Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
3.Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.
Команда— это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер. 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.