Schéma von Neumannovho stroja. Architektúra von Neumanna: história termínu. Princíp postupného vykonávania operácií

Turingov stroj

Machine Turing (MT)- abstraktný vykonávateľ (abstraktný počítací stroj). V roku 1936 navrhol Alan Turing formalizovať koncept algoritmu.

Turingov stroj je rozšírením konečného stroja a podľa Church - Turingovej tézy, schopný napodobniť všetkých účinkujúcich(špecifikovaním prechodových pravidiel), ktoré nejakým spôsobom implementujú proces výpočtu krok za krokom, v ktorom je každý krok výpočtu celkom elementárny.

Zariadenie Turingovho stroja [

Turingov stroj obsahuje neobmedzené v oboch smeroch stuha(Možné sú Turingove stroje, ktoré majú niekoľko nekonečných pások), rozdelených na bunky a ovládacie zariadenie(tiež nazývaný hlava na čítanie a zápis(GZCH)), schopný byť v jednom z súbor štátov... Počet možných stavov riadiaceho zariadenia je konečný a presne špecifikovaný.

Ovládacie zariadenie sa môže pohybovať po páske doľava a doprava, čítať a zapisovať do buniek znaky nejakej konečnej abecedy. Vyniká špeciálne prázdny znak, ktorý vyplní všetky bunky pásky, okrem tých z nich (konečný počet), na ktoré sa zapisujú vstupné dáta.

Riadiace zariadenie pracuje v súlade s pravidlá prechodu ktoré predstavujú algoritmus, realizovateľné tento Turingov stroj. Každé pravidlo prechodu dáva pokyn stroju, v závislosti od aktuálneho stavu a symbolu pozorovaného v aktuálnej bunke, aby napísal nový symbol do tejto bunky, prepol sa do nového stavu a posunul o jednu bunku doľava alebo doprava. Niektoré stavy Turingovho stroja možno označiť ako terminál a prechod na ktorýkoľvek z nich znamená koniec práce, zastavenie algoritmu.

Turingov stroj je tzv deterministický ak sa s každou kombináciou symbolu štátu a prúžku v tabuľke zhoduje najviac jedno pravidlo. Ak existuje dvojica „prúžkovaný symbol – stav“, pre ktorú existujú 2 a viac inštrukcií, takýto Turingov stroj je tzv. nedeterministické.

Popis Turingovho stroja [

Konkrétny Turingov stroj je špecifikovaný vymenovaním prvkov množiny písmen abecedy A, množiny stavov Q a množiny pravidiel, podľa ktorých stroj funguje. Majú tvar: qiaj → q i1 a j1 dk (ak je hlava v stave qi a v pozorovanej bunke je napísané písmeno aj, hlava prejde do stavu q i1, do bunky je napísané a j1 namiesto aj robí hlava pohyb dk, ktorý má tri možnosti: jedna bunka doľava (L), jedna bunka doprava (R), zostať na mieste (N)). Pre všetky možné konfigurácie existuje presne jedno pravidlo (pre nedeterministický Turingov stroj môže byť pravidiel viac). Neexistujú žiadne pravidlá iba pre konečný stav, v ktorom auto zastaví. Okrem toho musíte určiť koncový a počiatočný stav, počiatočnú konfiguráciu na páse a umiestnenie hlavy stroja.

Príklad Turingovho stroja [

Uveďme príklad MT na násobenie čísel v unárnej číselnej sústave. Záznam pravidla "qiaj → q i1 a j1 R / L / N" je potrebné chápať takto: qi je stav, v ktorom sa toto pravidlo vykonáva, aj je údaj v bunke, v ktorej sa nachádza hlava, q i1 je stav, do ktorého je potrebné prejsť, a j1 - čo je potrebné zapísať do bunky, R / L / N - príkaz na pohyb.

Počítačová architektúra od Johna von Neumanna

Architektúra von Neumanna- známy princíp spoločného ukladania príkazov a dát do pamäte počítača. Výpočtové systémy tohto druhu sa často označujú pojmom "von Neumannov stroj", avšak zhoda týchto pojmov nie je vždy jednoznačná. Vo všeobecnosti, keď sa hovorí o von Neumannovej architektúre, majú na mysli princíp ukladania dát a inštrukcií do jednej pamäte.

Von Neumannove princípy

von Neumannove princípy [

Princíp homogenity pamäte

Pokyny a údaje sú uložené v rovnakej pamäti a nie sú externe v pamäti rozlíšiteľné. Možno ich rozpoznať iba podľa spôsobu použitia; to znamená, že rovnaká hodnota v pamäťovej bunke môže byť použitá ako dáta, ako príkaz, tak aj ako adresa, v závislosti len od spôsobu prístupu k nej. To vám umožňuje vykonávať rovnaké operácie s príkazmi ako s číslami, a teda otvára množstvo možností. Takže cyklickou zmenou časti adresy príkazu môžete poskytnúť prístup k sekvenčným prvkom dátového poľa. Táto technika sa nazýva modifikácia príkazov a nie je podporovaná z hľadiska moderného programovania. Užitočnejší je ďalší dôsledok princípu homogenity, keď inštrukcie jedného programu možno získať ako výsledok vykonávania iného programu. Táto možnosť je základom prekladu – prekladu textu programu z jazyka vysokej úrovne do jazyka konkrétneho počítača.

Princíp zacielenia

Štrukturálne pozostáva hlavná pamäť z očíslovaných buniek a ľubovoľná bunka je procesoru kedykoľvek k dispozícii. Binárne kódy príkazov a údajov sú rozdelené do jednotiek informácií, nazývaných slová, a sú uložené v pamäťových bunkách a na prístup k nim slúžia čísla zodpovedajúcich buniek – adresy.

Princíp programového riadenia

Všetky výpočty, ktoré poskytuje algoritmus na riešenie problému, musia byť prezentované vo forme programu pozostávajúceho zo sekvencie riadiacich slov - príkazov. Každý príkaz predpisuje určitú operáciu z množiny operácií realizovaných počítačom. Programové inštrukcie sú uložené v sekvenčných pamäťových bunkách počítača a sú vykonávané v prirodzenom poradí, to znamená v poradí ich pozície v programe. Ak je to potrebné, pomocou špeciálnych príkazov je možné túto postupnosť zmeniť. Rozhodnutie o zmene poradia vykonávania príkazov programu sa prijíma buď na základe analýzy výsledkov predchádzajúcich výpočtov, alebo bezpodmienečne.

Typy procesorov

Mikroprocesor je zariadenie, ktoré je jedným alebo viacerými veľkými integrovanými obvodmi (LSI), ktoré vykonávajú funkcie počítačového procesora Klasické výpočtové zariadenie pozostáva z aritmetického zariadenia (AC), riadiaceho zariadenia (CU), pamäťového zariadenia (pamäť) a vstupno-výstupné zariadenie (IO)).

IntelCeleron 400 Socket 370 v plastovom puzdre PPGA, pohľad zhora.

Existujú procesory rôznych architektúr.

CISC(ComplexInstructionSetComputing) je koncept dizajnu procesora charakterizovaný nasledujúcim súborom vlastností:

· Veľký počet príkazov, ktoré sa líšia formátom a dĺžkou;

· Zavedenie veľkého počtu rôznych režimov adresovania;

· Má zložité kódovanie inštrukcií.

Procesor CISC sa musí vysporiadať so zložitejšími inštrukciami rôznych dĺžok. Jedna inštrukcia CISC môže byť rýchlejšia na vykonanie, ale je ťažšie spracovať viacero inštrukcií CISC paralelne.

Uľahčenie programov na ladenie v jazyku symbolických inštancií znamená neporiadok v uzloch mikroprocesorovej jednotky. Na zlepšenie výkonu by sa mala zvýšiť frekvencia hodín a stupeň integrácie, čo si vyžaduje vylepšenú technológiu a v dôsledku toho drahšiu výrobu.

Výhody architektúry CISC[šou]

Nevýhody architektúry CISC[šou]

RISC(Reduced Instruction Set Computing). Redukovaný procesor inštrukčnej sady. Systém príkazov je zjednodušený. Všetky príkazy majú rovnaký formát s jednoduchým kódovaním. K pamäti sa pristupuje pomocou príkazov load a write, ostatné príkazy sú typu register-register. Príkaz prichádzajúci do CPU je už rozdelený do polí a nevyžaduje ďalšie dešifrovanie.

Časť kryštálu sa uvoľní na zahrnutie ďalších komponentov. Stupeň integrácie je nižší ako v predchádzajúcom architektonickom variante, takže pre vysoký výkon je povolená nižšia taktovacia frekvencia. Príkaz menej zahlcuje RAM, CPU je lacnejší. Tieto architektúry nemajú softvérovú kompatibilitu. Ladenie RISC programov je náročnejšie. Táto technológia môže byť implementovaná ako softvér kompatibilný s technológiou CISC (napríklad superskalárnou technológiou).

Pretože inštrukcie RISC sú jednoduché, na ich vykonanie je potrebných menej brán, čo v konečnom dôsledku znižuje náklady na procesor. Väčšina dnešného softvéru je však napísaná a zostavená špeciálne pre procesory Intel CISC. Ak chcete použiť architektúru RISC, súčasné programy musia byť prekompilované a niekedy prepísané od začiatku.

Frekvencia hodín

Frekvencia hodín je mierou rýchlosti, ktorou centrálny procesor vykonáva príkazy.
Cyklus je časový úsek potrebný na vykonanie základnej operácie.

V nie príliš vzdialenej minulosti sa rýchlosť hodín centrálneho procesora stotožňovala priamo s jeho výkonom, to znamená, že čím vyšší je takt CPU, tým je produktívnejší. V praxi sa stretávame so situáciou, keď procesory s rôznymi frekvenciami majú rovnaký výkon, pretože v jednom takte dokážu vykonať rôzny počet inštrukcií (v závislosti od konštrukcie jadra, šírky pásma zbernice, vyrovnávacej pamäte).

Frekvencia hodín procesora je úmerná frekvencii systémovej zbernice ( Pozri nižšie).

Bitová hĺbka

Bitová hĺbka procesora je hodnota, ktorá určuje množstvo informácií, ktoré je centrálny procesor schopný spracovať v jednom cykle.

Ak je napríklad bitová kapacita procesora 16, znamená to, že je schopný spracovať 16 bitov informácií v jednom hodinovom cykle.

Myslím, že každý chápe, že čím vyššia je bitová hĺbka procesora, tým väčšie množstvo informácií dokáže spracovať.

Zvyčajne platí, že čím vyššia je bitová hĺbka procesora, tým lepší je jeho výkon.

V súčasnosti sa používajú 32- a 64-bitové procesory. Bitová bitovosť procesora neznamená, že je povinný vykonávať príkazy s rovnakou bitovou rýchlosťou.

Rýchla vyrovnávacia pamäť

Prvým krokom je odpovedať na otázku, čo je vyrovnávacia pamäť?

Vyrovnávacia pamäť je vysokorýchlostná počítačová pamäť určená na dočasné ukladanie informácií (kódu spustiteľných programov a údajov), ktoré potrebuje centrálny procesor.

Aké údaje sú uložené vo vyrovnávacej pamäti?

Najčastejšie používané.

Aký je účel vyrovnávacej pamäte?

Faktom je, že výkon pamäte RAM je v porovnaní s výkonom CPU oveľa nižší. Ukazuje sa, že procesor čaká na príchod dát z RAM – čím sa znižuje výkon procesora, a teda aj výkon celého systému. Vyrovnávacia pamäť znižuje oneskorenie procesora ukladaním údajov a kódu spustiteľných programov, ku ktorým procesor najčastejšie pristupuje (rozdiel medzi vyrovnávacou pamäťou a počítačovou RAM je v tom, že rýchlosť vyrovnávacej pamäte je desaťkrát vyššia).

Vyrovnávacia pamäť, podobne ako obyčajná pamäť, má kapacitu. Čím vyššia je bitová hĺbka vyrovnávacej pamäte, tým viac údajov dokáže spracovať.

Existujú tri úrovne vyrovnávacej pamäte: vyrovnávacia pamäť prvý (L1), druhý (L2) a tretí (L3). V moderných počítačoch sa najčastejšie používajú prvé dve úrovne.

Pozrime sa bližšie na všetky tri úrovne vyrovnávacej pamäte.

Najprv uložte vyrovnávaciu pamäťúroveň je najrýchlejšia a najdrahšia pamäť.

Cache L1 je umiestnená na rovnakej matrici s procesorom a pracuje na frekvencii CPU (teda najvyšší výkon) a využíva ju priamo jadro procesora.

Kapacita vyrovnávacej pamäte prvej úrovne je malá (kvôli jej vysokým nákladom) a počíta sa v kilobajtoch (zvyčajne nie viac ako 128 KB).

vyrovnávacia pamäť L2 je vysokorýchlostná pamäť, ktorá vykonáva rovnaké funkcie ako vyrovnávacia pamäť L1. Rozdiel medzi L1 a L2 je v tom, že L2 má nižšiu rýchlosť, ale väčší objem (od 128 KB do 12 MB), čo je veľmi užitočné pri vykonávaní úloh náročných na zdroje.

vyrovnávacia pamäť L3 umiestnený na základnej doske. L3 je výrazne pomalší ako L1 a L2, ale rýchlejší ako RAM. Je jasné, že objem L3 je väčší ako objem L1 a L2. Cache L3 sa nachádza vo veľmi výkonných počítačoch.

Počet jadier

Moderné technológie výroby procesorov umožňujú umiestniť viac ako jedno jadro do jedného obalu. Prítomnosť viacerých jadier výrazne zvyšuje výkon procesora, ale to neznamená, že prítomnosť n jadrá poskytuje zvýšenie výkonu v n raz. Okrem toho je problémom viacjadrových procesorov, že dnes je napísaných relatívne málo programov, berúc do úvahy, že procesor má niekoľko jadier.

Viacjadrový procesor v prvom rade umožňuje implementovať funkciu multitaskingu: rozdeliť prácu aplikácií medzi jadrá procesora. To znamená, že každé jednotlivé jadro pracuje so „svojou“ aplikáciou.

Štruktúra základnej dosky

Pred výberom základnej dosky musíte aspoň povrchne zvážiť jej štruktúru. Aj keď tu stojí za zmienku, že umiestnenie zásuviek a iných častí základnej dosky nehrá osobitnú úlohu.

Prvá vec, na ktorú si treba dať pozor, je pätica procesora. Je to malá štvorcová priehlbina s paspartou.

Pre tých, ktorí poznajú taký pojem ako "pretaktovanie" (pretaktovanie počítača), mali by ste venovať pozornosť prítomnosti dvojitého chladiča. Základné dosky často nemajú dvojitý chladič. Preto pre tých, ktorí majú v úmysle v budúcnosti pretaktovať svoj počítač, je vhodné uistiť sa, že tento prvok je na doske prítomný.

Podlhovasté PCI-Express sloty sú určené pre grafické karty, TV tunery, audio a sieťové karty. Grafické karty potrebujú veľkú šírku pásma a používajú sloty PCI-Express X16. Pre zvyšok adaptérov sú použité sloty PCI-Express X1.

Odborná rada!PCI sloty s rôznymi šírkami pásma vyzerajú takmer rovnako. Oplatí sa dôkladne pozrieť na konektory a prečítať si štítky pod nimi, aby ste predišli náhlym sklamaniam doma pri inštalácii grafických kariet.

Menšie sloty sú určené pre RAM pásiky. Zvyčajne sú sfarbené do čiernej alebo modrej farby.

Čipová súprava základnej dosky býva ukrytá pod chladičom. Tento prvok je zodpovedný za spoločnú prácu procesora a zvyšku systémovej jednotky.

Malé hranaté konektory na okraji dosky slúžia na pripojenie pevného disku. Na druhej strane sú konektory pre vstupné a výstupné zariadenia (USB, myš, klávesnica atď.).

Výrobca

Základné dosky vyrába mnoho spoločností. Je takmer nemožné vybrať medzi nimi tých najlepších alebo najhorších. Rada každej spoločnosti sa dá nazvať kvalitnou. Často aj neznámi výrobcovia ponúkajú dobré produkty.

Tajomstvom je, že všetky dosky sú vybavené čipsetmi od dvoch spoločností: AMD a Intel. Navyše rozdiely medzi čipsetmi sú zanedbateľné a zohrávajú úlohu iba pri riešení hlboko špecializovaných úloh.

Faktor tvaru

V prípade základných dosiek záleží na veľkosti. Štandardný formát ATX sa nachádza vo väčšine domácich počítačov. Veľké rozmery, a teda aj prítomnosť širokej škály slotov môže zlepšiť základné vlastnosti počítača.

Menšia verzia mATX je menej bežná. Možnosti zlepšenia sú obmedzené.

Existuje aj mITX. Tento tvarový faktor sa nachádza v rozpočtových kancelárskych počítačoch. Zlepšenie výkonu je buď nemožné alebo nezmyselné.

Procesory a dosky sa často predávajú vo zväzkoch. Ak bol však procesor zakúpený skôr, je dôležité zabezpečiť, aby bol s doskou kompatibilný. Pri pohľade na päticu je možné okamžite určiť kompatibilitu procesora a základnej dosky.

Čipová súprava

Spojovacím článkom všetkých komponentov systému je čipset. Čipsety vyrábajú dve spoločnosti: Intel a AMD. Nie je medzi nimi veľký rozdiel. Aspoň pre bežného užívateľa.

Štandardné čipsety pozostávajú zo severného a južného mostíka. Najnovšie modely Intelu pozostávajú len zo severu. Nebolo to urobené s cieľom ušetriť peniaze. Tento faktor nijako neznižuje výkon čipsetu.

Väčšina moderných čipsetov Intel pozostáva z jedného mosta, pretože väčšina radičov je teraz v procesore, vrátane radiča DD3 RAM, PCI-Express 3.0 a niektorých ďalších.

Analógy od AMD sú postavené na tradičnej schéme dvoch mostíkov. Napríklad séria 900 je vybavená južným mostom SB950 a severným mostom 990FX (990X, 970).

Pri výbere čipsetu sa oplatí začať od schopností severného mosta. 990FX Northbridge môže podporovať 4 grafické karty súčasne v režime CrossFire. Vo väčšine prípadov je táto kapacita nadmerná. Ale pre fanúšikov ťažkých hier alebo tých, ktorí pracujú s náročnými grafickými editormi, bude tento čipset najvhodnejší.

Mierne obmedzená verzia 990X môže stále podporovať dve grafické karty súčasne, ale model 970 pracuje výlučne s jednou grafickou kartou.

Rozloženie základnej dosky

· Subsystém spracovania údajov;

· Subsystém napájania;

· Pomocné (servisné) bloky a uzly.

Hlavné komponenty subsystému spracovania dát základnej dosky sú znázornené na obr. 1.3.14.

1 - zásuvka procesora; 2 - predná pneumatika; 3 - severný most; 4 - generátor hodín; 5 - pamäťová zbernica; 6 - konektory RAM; 7 - IDE (ATA) konektory; 8 - SATA konektory; 9 - južný most; 10 - konektory IEEE 1394; 11 - USB konektory; 12 - Ethernetový konektor; 13 - audio konektory; 14 - zbernica LPC; 15 - Super I / O regulátor; 16 - port PS / 2;

17 - paralelný port; 18 - sériové porty; 19 - konektor pre disketu;

20 - BIOS; 21 - zbernica PCI; 22 - sloty PCI; 23 - sloty AGP alebo PCI Express;

24 - interná zbernica; 25 - zbernica AGP / PCI Express; 26 - VGA konektor

FPM (Fast Page Mode) je typ dynamickej pamäte.
Jeho názov zodpovedá princípu fungovania, keďže modul umožňuje rýchlejší prístup k dátam, ktoré sú na rovnakej stránke ako dáta prenesené počas predchádzajúceho cyklu.
Tieto moduly sa používali na väčšine počítačov založených na 486 a skorých systémoch založených na Pentiu okolo roku 1995.

Moduly EDO (Extended Data Out) sa objavili v roku 1995 ako nový typ pamäte pre počítače s procesormi Pentium.
Toto je upravená verzia FPM.
Na rozdiel od svojich predchodcov, EDO začne načítavať ďalší blok pamäte v rovnakom čase, keď odošle predchádzajúci blok do CPU.

SDRAM (Synchronous DRAM) je typ pamäte s náhodným prístupom, ktorá pracuje tak rýchlo, že ju možno synchronizovať s frekvenciou procesora, s výnimkou pohotovostných režimov.
Mikroobvody sú rozdelené do dvoch blokov buniek, takže pri prístupe k bitu v jednom bloku je príprava na prístup k bitu v inom bloku.
Ak bol čas prístupu k prvej informácii 60 ns, všetky nasledujúce intervaly sa skrátili na 10 ns.
Od roku 1996 začala väčšina čipsetov Intel podporovať tento druh pamäťových modulov, vďaka čomu bol až do roku 2001 veľmi populárny.

SDRAM môže bežať na frekvencii 133 MHz, čo je takmer trikrát rýchlejšie ako FPM a dvakrát rýchlejšie ako EDO.
Väčšina počítačov s procesormi Pentium a Celeron vydanými v roku 1999 používala tento typ pamäte.

DDR (Double Data Rate) sa stalo vývojom SDRAM.
Tento typ pamäťových modulov sa prvýkrát objavil na trhu v roku 2001.
Hlavný rozdiel medzi DDR a SDRAM je v tom, že namiesto zdvojnásobenia taktovacej frekvencie na zrýchlenie prevádzky tieto moduly prenášajú dáta dvakrát v jednom hodinovom cykle.
Teraz je to hlavný pamäťový štandard, ale už začína ustupovať DDR2.

DDR2 (Double Data Rate 2) je novšia verzia DDR, ktorá by teoreticky mala byť dvakrát rýchlejšia.
Pamäť DDR2 sa prvýkrát objavila v roku 2003 a čipové sady, ktoré ju podporujú, v polovici roku 2004.
Táto pamäť, podobne ako DDR, prenáša dve sady údajov za hodinu.
Hlavným rozdielom medzi DDR2 a DDR je schopnosť pracovať s výrazne vyššou rýchlosťou hodín vďaka konštrukčným vylepšeniam.
Ale upravená schéma práce, ktorá umožňuje dosiahnuť vysoké hodinové frekvencie, zároveň zvyšuje latenciu pri práci s pamäťou.

DDR3 SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory, tretia generácia) je typ pamäte s náhodným prístupom, ktorý sa používa vo výpočtovej technike ako pamäť s náhodným prístupom a video pamäť.
Vymenená pamäť DDR2 SDRAM.

DDR3 má o 40% nižšiu spotrebu v porovnaní s DDR2 modulmi, čo je spôsobené nižším (1,5 V oproti 1,8 V pre DDR2 a 2,5 V pre DDR) napájaním pamätí.
Zníženie napájacieho napätia je dosiahnuté použitím 90-nm (na začiatku, potom 65-, 50-, 40-nm) procesnej technológie pri výrobe mikroobvodov a použitím tranzistorov Dual-gate (čo pomáha znižovať zvodové prúdy ).

Moduly DIMM s pamäťou DDR3 sú mechanicky nekompatibilné s rovnakými pamäťovými modulmi DDR2 (kľúč je umiestnený na inom mieste), preto nie je možné DDR2 inštalovať do slotov pre DDR3 (to sa robí preto, aby sa predišlo chybnej inštalácii niektorých modulov namiesto iných - tieto typy pamätí sa nezhodujú podľa elektrických parametrov).

RAMBUS (RIMM)

RAMBUS (RIMM) je typ pamäte, ktorý sa objavil na trhu v roku 1999.
Je založený na tradičnej DRAM, ale s úplne prepracovanou architektúrou.
Konštrukcia RAMBUS robí prístup do pamäte "rozumnejším", čo umožňuje predbežný prístup k údajom, čo mierne zaťažuje centrálny procesor.
Hlavnou myšlienkou použitou v týchto pamäťových moduloch je príjem dát v malých paketoch, ale pri veľmi vysokej rýchlosti hodín.
Napríklad SDRAM môže prenášať 64 bitov informácií pri 100 MHz a RAMBUS - 16 bitov pri 800 MHz.
Tieto moduly neboli úspešné, pretože Intel mal veľa problémov s ich implementáciou.
Moduly RDRAM sa objavili v herných konzolách Sony Playstation 2 a Nintendo 64.

RAM je skratka pre Random Access Memory - pamäť prístupná pomocou adresy. Sekvenčné prístupové adresy môžu nadobúdať ľubovoľné hodnoty, takže môžete získať nezávislý prístup k akejkoľvek adrese (alebo „bunke“).

Štatistická pamäť je pamäť vytvorená zo statických prepínačov. Uchováva informácie, kým je napájané. Na uloženie jedného bitu v obvode SRAM je zvyčajne potrebných najmenej šesť tranzistorov. SRAM sa používa v malých systémoch (do niekoľkých stoviek KB RAM) a používa sa tam, kde je kritická rýchlosť prístupu (napríklad vyrovnávacia pamäť vo vnútri procesorov alebo na základných doskách).

Dynamická pamäť (DRAM) sa zrodila začiatkom 70-tych rokov. Je založený na kapacitných prvkoch. DRAM si môžeme predstaviť ako súbor kondenzátorov riadených spínacími tranzistormi. Na uloženie jedného bitu je potrebný iba jeden „kondenzátorový tranzistor“, takže DRAM má väčšiu kapacitu ako SRAM (a je lacnejšia).
DRAM je organizovaná ako obdĺžnikové pole buniek. Aby sme mohli odkazovať na bunku, musíme vybrať riadok a stĺpec, v ktorom sa bunka nachádza. Zvyčajne sa to robí tak, že horná časť adresy ukazuje na riadok a spodná časť adresy ukazuje na bunku v riadku ("stĺpec"). Historicky (kvôli nízkej rýchlosti a malým paketom IC na začiatku 70. rokov) je adresa privádzaná do čipu DRAM v dvoch fázach - adresa riadku s adresou stĺpca pozdĺž rovnakých čiar. Najprv čip prijme adresu riadku a potom o niekoľko nanosekúnd neskôr.adresa stĺpca sa prenáša na tom istom riadku.Čip načíta dáta a odošle ich na výstup.Počas zapisovacieho cyklu sú dáta prijímané čipom spolu s adresou stĺpca. Na ovládanie čipu slúži niekoľko riadiacich liniek Signály RAS (Row Address Strobe), ktoré prenášajú adresu riadku a zároveň aktivujú celý čip Signály CAS (Column Address Strobe), ktorými sa prenáša adresa stĺpca WE (Write Enable) čo naznačuje, že vykonaný prístup je prístup na zápis. ...
FP DRAM

Keďže každý klasický prístup k DRAM vyžaduje dve adresy, bol pre 25 MHz stroje príliš pomalý. FP (Fast Page) DRAM je variant klasickej DRAM, v ktorej nie je potrebné prenášať adresu riadku v každom prístupovom cykle. Pokiaľ je riadok RAS aktívny, riadok zostáva vybratý a jednotlivé bunky z tohto riadku je možné vybrať odoslaním iba adresy stĺpca. Takže, zatiaľ čo umiestnenie pamäte zostáva rovnaké, čas prístupu je kratší, pretože vo väčšine prípadov je potrebná iba jedna fáza prenosu adresy.

EDO (Extended Data Out) DRAM je variant FP DRAM. V FP DRAM musí adresa stĺpca zostať platná počas celého obdobia prenosu údajov. Dátové vyrovnávacie pamäte sa aktivujú iba počas cyklu prenosu adresy stĺpca, keď je aktívny signál CAS. Dáta sa musia načítať z pamäťovej dátovej zbernice pred prijatím novej adresy stĺpca na čip. Pamäť EDO ukladá dáta do výstupných vyrovnávacích pamätí po tom, čo sa signál CAS vráti do neaktívneho stavu a adresa stĺpca sa odstráni. Adresa nasledujúceho stĺpca môže byť prenášaná súbežne s čítaním údajov. To poskytuje možnosť použiť čiastočnú zhodu pri čítaní. Zatiaľ čo bunky EDO RAM majú rovnakú rýchlosť ako FP DRAM, sekvenčný prístup môže byť rýchlejší. Takže EDO by malo byť niečo rýchlejšie ako FP, najmä pre masívny prístup (ako v grafických aplikáciách).

Video RAM môže byť založené na ktorejkoľvek z architektúr DRAM uvedených vyššie. Okrem „normálneho“ prístupového mechanizmu opísaného nižšie má VRAM jeden alebo dva vyhradené sériové porty. VRAM sa často označuje ako dvojportová alebo trojportová pamäť. Sériové porty obsahujú registre, ktoré môžu uchovávať obsah rozsahu. V jednom prístupovom cykle je možné preniesť dáta z celého radu pamäťového poľa do registra (alebo naopak). Dáta je potom možné čítať alebo zapisovať do sériového registra v častiach ľubovoľnej dĺžky. Keďže register je tvorený rýchlymi, statickými bunkami, prístup k nemu je veľmi rýchly, zvyčajne niekoľkonásobne rýchlejší ako pamäťové pole. Väčšina typických aplikácií používa VRAM ako vyrovnávaciu pamäť obrazovky. Paralelný port (štandardné rozhranie) využíva procesor a sériový port slúži na prenos údajov o bodoch na displeji (alebo čítanie údajov z video zdroja).

WRAM je patentovaná architektúra pamäte vyvinutá spoločnosťou Matrox a (kto iný, spomeňme si ... - Samsung ?, MoSys? ...). Je to podobné ako VRAM, ale umožňuje hostiteľovi vykonávať rýchlejší prístup. WRAM bola použitá na grafických kartách Millenium a Millenium II od Matroxu (ale nie na moderných Millenium G200).

SDRAM je kompletné prepracovanie DRAM predstaveného v 90. rokoch. S znamená Synchronous, keďže SDRAM implementuje plne synchrónne (a teda veľmi rýchle) rozhranie. SDRAM obsahuje interne (zvyčajne dve) DRAM polia. Každé pole má svoj vlastný register stránok , ktorý (trochu) pripomína sériový prístupový register na VRAM SDRAM funguje oveľa inteligentnejšie ako bežná DRAM.Celý obvod je synchronizovaný so signálom externých hodín.Pri každom takte čip prijme a vykoná príkaz vyslaný na príkaz riadkov.Názvy príkazových riadkov zostávajú rovnaké ako v klasických DRAM čipoch, ale ich funkcie sú len podobné originálu.Existujú príkazy na prenos údajov medzi pamäťovým poľom a registrami stránok a na prístup k údajom v registroch stránok Prístup do registra stránok je veľmi rýchly - moderné SDRAM dokážu preniesť nové dátové slovo každých 6..10 ns.

Synchrónna grafická pamäť RAM je variant SDRAM pre grafické aplikácie. Hardvérová štruktúra je takmer identická, takže vo väčšine prípadov môžeme meniť SDRAM a SGRAM (pozri karty Matrox G200 - niektoré používajú SD, iné SG). Rozdiel je vo funkciách, ktoré vykonáva register stránok. SG môže zapísať viacero umiestnení v jednom cykle (to umožňuje veľmi rýchle vyplnenie farieb a vyčistenie obrazovky) a môže zapísať iba niekoľko bitov na slovo (bity sú vybrané bitovou maskou uloženou v slučke rozhrania). Preto je SG rýchlejší v grafických aplikáciách, aj keď nie fyzicky rýchlejší ako SD pri "bežnom" používaní. Ďalšie funkcie SG využívajú grafické akcelerátory. Myslím si, že funkcie čistenia obrazovky a Z-buffer sú veľmi užitočné.

RAMBUS (RDRAM)

RAMBUS (ochranná známka RAMBUS, Inc.) začal s vývojom v 80-tych rokoch, takže nie je novinkou. Moderné technológie RAMBUS spájajú staré, ale veľmi dobré nápady a dnešné technológie výroby pamätí. RAMBUS je založený na jednoduchej myšlienke: berieme pri akejkoľvek dobrej DRAM zabudujeme do čipu statickú vyrovnávaciu pamäť (ako vo VRAM a SGRAM) a poskytneme špeciálne, elektronicky laditeľné rozhranie pracujúce na frekvencii 250 až 400 MHz. Rozhranie je minimálne dvakrát rýchlejšie ako rozhranie používané v SDRAM, a hoci čas náhodného prístupu je zvyčajne pomalší, sekvenčný prístup je veľmi, veľmi, veľmi rýchly. Pamätajte, že keď boli predstavené 250 MHz RDRAM, väčšina DRAM pracovala na 12 až 25 MHz. RDRAM si vyžaduje špeciálne rozhranie a veľmi starostlivé fyzické umiestnenie na doske plošných spojov. Väčšina čipov RDRAM vyzerá veľmi odlišne od ostatných DRAM: všetky majú všetky signálové vedenia na rovnakej strane puzdra (takže majú rovnakú dĺžku) a iba 4 napájacie vedenia druhá strana. Pamäť RDRAM sa používa v grafických kartách založených na čipoch Cirrus 546x. Čoskoro uvidíme RDRAM používané ako hlavná pamäť v PC.

Zariadenie pevných diskov.

Winchester obsahuje sadu doštičiek, najčastejšie kovové kotúče pokryté magnetickým materiálom - platňa (gama ferit oxid, bárnatý ferit, oxid chrómu ...) a navzájom spojené vretenom (hriadeľ, oska).

Samotné disky (hrubé približne 2 mm) sú vyrobené z hliníka, mosadze, keramiky alebo skla. (pozri obrázok)

Na záznam sa používajú oba povrchy diskov. Používa sa 4-9 tanierov. Hriadeľ sa otáča vysokou konštantnou rýchlosťou (3600-7200 ot./min.)

Otáčanie diskov a radikálny pohyb hláv sa vykonáva pomocou 2 elektromotorov.

Údaje sa zapisujú alebo čítajú pomocou čítacích/zápisových hláv, jednej pre každý povrch disku. Počet hláv sa rovná počtu pracovných plôch všetkých kotúčov.

Informácie sa zaznamenávajú na disk na presne definovaných miestach - sústredných stopách (stopách). Trate sú rozdelené do sektorov. Jeden sektor obsahuje 512 bajtov informácií.

Výmena údajov medzi RAM a LMD sa uskutočňuje postupne s celým číslom (zhlukom). Klaster - reťazce po sebe nasledujúcich sektorov (1,2,3,4, ...)

Špeciálny motor s pomocou držiaka umiestňuje čítaciu / zapisovaciu hlavu nad danú stopu (radiálne ju posúva).

Keď sa disk otáča, hlava sa umiestni nad požadovaný sektor. Je zrejmé, že všetky hlavy sa pohybujú súčasne a čítacie informačné hlavy sa pohybujú súčasne a čítajú informácie z rovnakých stôp rôznych informácií z rovnakých stôp rôznych diskov.

Stopy pevného disku s rovnakým sériovým číslom na rôznych pevných diskoch sa nazývajú valec.

Čítacie / zapisovacie hlavy sa pohybujú pozdĺž povrchu taniera. Čím bližšie je hlava k povrchu disku bez toho, aby sa ho dotkla, tým vyššia je povolená hustota záznamu .

Rozhrania pevného disku.

IDE (ATA - Advanced Technology Attachment) je paralelné rozhranie na pripojenie diskov, preto bolo zmenené (s výstupom SATA) na PATA (Parallel ATA). Predtým sa používal na pripojenie pevných diskov, ale bol nahradený rozhraním SATA. V súčasnosti sa používa na pripojenie optických jednotiek.

SATA (Serial ATA) je sériové rozhranie na výmenu dát s diskami. Na pripojenie slúži 8-pinový konektor. Rovnako ako v prípade PATA je zastaraný a používa sa iba na prácu s optickými mechanikami. Štandard SATA (SATA150) poskytoval šírku pásma 150 MB/s (1,2 Gb/s).

SATA 2 (SATA300). Štandard SATA 2 zdvojnásobil šírku pásma na 300 MB/s (2,4 Gb/s) a umožňuje pracovať na frekvencii 3 GHz. Štandardy SATA a SATA 2 sú navzájom kompatibilné, pri niektorých modeloch je však potrebné manuálne nastaviť režimy preskupením prepojok.

SATA 3, aj keď je správne nazývať ho SATA 6Gb / s o požiadavke špecifikácií. Tento štandard zdvojnásobil rýchlosť prenosu dát na 6 Gb/s (600 MB/s). Medzi pozitívne inovácie patrí aj funkcia riadenia programu NCQ a príkazy na nepretržitý prenos dát pre proces s vysokou prioritou. Rozhranie bolo síce predstavené už v roku 2009, no zatiaľ nie je u výrobcov veľmi obľúbené a v obchodoch ho tak často nevidíme. Okrem pevných diskov sa tento štandard používa aj v SSD (solid state drive). Je potrebné poznamenať, že v praxi sa priepustnosť rozhraní SATA nelíši rýchlosťou prenosu dát. V praxi rýchlosť zápisu a čítania diskov nepresahuje 100 MB / s. Nárast indikátorov ovplyvňuje iba šírku pásma medzi radičom a vyrovnávacou pamäťou disku.

SCSI (Small Computer System Interface) je štandard používaný na serveroch, kde sa vyžadujú vyššie rýchlosti prenosu dát.

SAS (Serial Attached SCSI) je generácia, ktorá nahradila štandard SCSI pomocou sériového prenosu dát. Podobne ako SCSI sa používa na pracovných staniciach. Plne kompatibilný s rozhraním SATA.

CF (Compact Flash) - Rozhranie pre pripojenie pamäťových kariet, ako aj pre 1,0-palcové pevné disky. Existujú 2 štandardy: Compact Flash Type I a Compact Flash Type II, rozdiel je v hrúbke.

FireWire je alternatívne rozhranie k pomalšiemu USB 2.0. Používa sa na pripojenie prenosných pevných diskov. Podporuje rýchlosti až 400 Mb/s, avšak fyzická rýchlosť je nižšia ako pri bežných. Pri čítaní a zápise je maximálna rýchlosť 40 Mb/s.

Typy grafických kariet

Moderné počítače (notebooky) sa vyrábajú s rôznymi typmi grafických kariet, ktoré priamo ovplyvňujú výkon v grafických programoch, prehrávanie videa atď.

V súčasnosti sa používajú 3 typy adaptérov, ktoré je možné kombinovať.

Pozrime sa bližšie na typy grafických kariet:

• integrovaný;
• diskrétne;
• Hybrid;
• dva diskrétne;
• Hybridné SLI.

Integrovaná grafika Je to lacná možnosť. Nemá grafickú pamäť ani GPU. Grafiku s pomocou čipsetu spracováva centrálny procesor, namiesto video pamäte sa používa RAM. Takýto systém zariadení výrazne znižuje výkon počítača vo všeobecnosti a najmä grafického spracovania.

Často sa používa v lacných počítačoch alebo notebookoch. Umožňuje prácu s kancelárskymi aplikáciami, sledovanie a úpravu fotografií a videí, no hrať moderné hry je nemožné. Dostupné sú len staršie možnosti s minimálnymi systémovými požiadavkami.

Architektúra von Neumanna je známy princíp spoločného ukladania programov a dát do pamäte počítača. Výpočtové systémy tohto druhu sa často označujú pojmom "von Neumannov stroj", avšak zhoda týchto pojmov nie je vždy jednoznačná. Vo všeobecnosti, keď hovoríme o von Neumannovej architektúre, majú na mysli fyzické oddelenie procesorového modulu od úložných zariadení pre programy a dáta.

Prítomnosť danej množiny spustiteľných príkazov a programov bola charakteristickým znakom prvých počítačových systémov. Dnes sa podobný dizajn používa na zjednodušenie konštrukcie výpočtového zariadenia. Stolné kalkulačky sú teda v zásade zariadenia s pevnou sadou spustiteľných programov. Dajú sa použiť na matematické výpočty, nemožno ich však použiť na spracovanie textu a počítačových hier, na prezeranie grafiky alebo videí. Zmena firmvéru pre takéto zariadenia vyžaduje takmer úplné prepracovanie a vo väčšine prípadov je nemožné. Preprogramovanie raných počítačových systémov sa však napriek tomu uskutočnilo, vyžadovalo si však obrovské množstvo ručnej práce na prípravu novej dokumentácie, opätovné pripojenie a prestavbu blokov a zariadení atď. Všetko zmenila myšlienka ukladať počítačové programy do zdieľaná pamäť. V čase, keď sa objavili, používanie architektúr založených na súboroch vykonateľných inštrukcií a pohľad na výpočtový proces ako na proces vykonávania inštrukcií napísaných v programe, enormne zvýšili flexibilitu výpočtových systémov z hľadiska spracovania údajov. Rovnaký prístup k prezeraniu údajov a pokynov uľahčil úpravu samotných programov.

V súčasnosti je von Neumannovou architektúrou organizácia počítača, v ktorej sa počítač skladá z dvoch hlavných častí – lineárne adresovateľnej pamäte, ktorej slová ukladajú inštrukcie a dátové prvky, a procesora, ktorý tieto inštrukcie vykonáva. Von Neumannov výpočtový model je založený na princípe sekvenčného prenosu riadenia (príkazové počítadlo) a koncepte premennej (identifikátor).

John von Neumann. Životopis

Janos Lajos Neumann sa narodil ako najstarší z troch synov v bohatej židovskej rodine v Budapešti, vtedajšom meste Rakúsko-Uhorska. Jeho otec Max Neumann (maď. Neumann Miksa, 1870-1929) sa koncom 80. rokov 19. storočia presťahoval do Budapešti z provinčného mesta Pécs, získal doktorát z právnej vedy a pracoval ako právnik v banke. Matka Margaret Kann (maď. Kann Margit, 1880-1956), bola žena v domácnosti a najstaršia dcéra (v druhom manželstve) úspešného obchodníka Jacoba Kanna, spoločníka spoločnosti Kann-Heller špecializujúcej sa na predaj mlynských kameňov a iných poľnohospodárska technika.

Janos, alebo jednoducho Yancy, bol nezvyčajne nadané dieťa. Už ako 6-ročný vedel v mysli oddeliť dve osemciferné čísla a rozprávať sa s otcom v starogréčtine. Jánoša vždy zaujímala matematika, povaha čísel a logika sveta okolo seba. Vo veku ôsmich rokov už dobre ovládal matematickú analýzu. V roku 1911 vstúpil na evanjelické gymnázium. V roku 1913 získal jeho otec šľachtický titul a Jánoš sa spolu s rakúskymi a uhorskými symbolmi šľachty - predponou von (von) k rakúskemu priezvisku a maďarským titulom Margittai - začal volať Janos von Neumann alebo Neumann Margittai. Jánoš Lajos. Počas vyučovania v Berlíne a Hamburgu ho volali Johann von Neumann. Neskôr, po presťahovaní sa do Spojených štátov v tridsiatych rokoch minulého storočia, sa jeho meno na anglický spôsob zmenilo na John. Je zvláštne, že po presťahovaní sa do Spojených štátov dostali jeho bratia úplne iné priezviská: Vonneumann a Newman. Prvý, ako vidíte, je „fúziou“ priezviska a predpony „von“, kým druhým je doslovný preklad priezviska z nemčiny do angličtiny.

Von Neumann získal doktorát z matematiky (s prvkami experimentálnej fyziky a chémie) na univerzite v Budapešti vo veku 23 rokov. Zároveň študoval chemické inžinierstvo vo švajčiarskom Zürichu (Max von Neumann považoval povolanie matematika za nedostatočné na zabezpečenie spoľahlivej budúcnosti pre svojho syna). V rokoch 1926 až 1930 bol John von Neumann odborným asistentom v Berlíne.

V roku 1930 bol von Neumann pozvaný vyučovať na americkej Princetonskej univerzite. Bol jedným z prvých pozvaných pracovať v Inštitúte pre pokročilé štúdium, ktorý bol založený v roku 1930, tiež so sídlom v Princetone, kde zastával profesúru od roku 1933 až do svojej smrti.

V rokoch 1936-1938 Alan Turing obhájil doktorandskú prácu na inštitúte pod vedením Alonza Churcha. Stalo sa tak krátko po zverejnení Turingovho článku O vypočítateľných číslach s aplikáciou na problém Entscheidungs ​​v roku 1936, ktorý zahŕňal koncepty logického dizajnu a univerzálneho stroja. Von Neumann bol nepochybne oboznámený s Turingovými myšlienkami, ale nie je známe, či ich o desať rokov neskôr použil pri návrhu stroja IAS.

V roku 1937 sa von Neumann stal americkým občanom. V roku 1938 mu bola udelená cena M. Bochera za prácu v oblasti analýzy.

Von Neumann bol dvakrát ženatý. Prvýkrát sa oženil s Mariette Kövesi v roku 1930. Manželstvo sa rozpadlo v roku 1937 a v roku 1938 sa oženil s Klárou Dan. Z prvej manželky mal von Neumann dcéru Marinu, neskoršiu slávnu ekonómku.

V roku 1946 John von Neumann dokázal teorém o hustote pre čísla v duálnych kombinovaných exponenciálnych pozičných číselných sústavách. Prvá úspešná numerická predpoveď počasia bola vytvorená v roku 1950 pomocou počítača ENIAC tímom amerických meteorológov v spojení s Johnom von Neumannom.

V roku 1957 sa u von Neumanna vyvinula rakovina kostí, pravdepodobne spôsobená vystavením žiareniu pri výskume atómovej bomby v Tichom oceáne, alebo možno počas následnej práce v Los Alamos v Novom Mexiku (jeho kolega, jadrový priekopník Enrico Fermi, zomrel na rakovinu žalúdka v roku 1954 ). Niekoľko mesiacov po diagnóze von Neumann zomrel vo veľkej agónii. Rakovina zasiahla aj jeho mozog a prakticky mu znemožnila myslieť. Keď umieral v nemocnici Waltera Reeda, šokoval svojich priateľov a známych tým, že ich požiadal, aby sa porozprávali s katolíckym kňazom.

História

V polovici 40. rokov 20. storočia bol na Moore School of Electrical Engineering na Pensylvánskej univerzite vyvinutý dizajn počítača, ktorý ukladá svoje programy do zdieľanej pamäte. zásadne nového počítača. V roku 1946 vedci načrtli svoje princípy konštrukcie počítačov v dnes už klasickom článku „Predbežná úvaha o logickom návrhu elektronického výpočtového zariadenia.“ Článok presvedčivo zdôvodňuje použitie binárneho systému na reprezentáciu číselnej formy). Autori presvedčivo demonštrovali výhody binárneho systému pre technickú realizáciu, pohodlnosť a jednoduchosť vykonávania aritmetických a logických operácií v ňom (v budúcnosti počítače začali spracovávať nečíselné typy informácií - textové, grafické, zvukové a iné, ale binárne kódovanie dát stále tvorí informačný základ každého moderného počítača). Ďalšou skutočne revolučnou myšlienkou, ktorej význam je ťažké preceňovať, je princíp „uloženého programu“, ktorý navrhol Neumann. Spočiatku bol program nastavený nastavením prepojok na špeciálnom patch paneli. Neumann ako prvý uhádol, že program môže byť uložený aj ako množina núl a jednotiek a v rovnakej pamäti ako čísla, ktoré spracováva. Absencia zásadného rozdielu medzi programom a údajmi umožnila samotnému počítaču vytvoriť si program pre seba v súlade s výsledkami výpočtov.

Architektúra von Neumanna vyriešila problémy spojené s počítačom ENIAC, ktorý v tom čase vznikal, uložením programu počítača do vlastnej pamäte. Informácie o projekte boli k dispozícii ďalším výskumníkom krátko po tom, čo bolo v roku 1946 ohlásené vytvorenie „Eniaka“. Podľa plánu mal projekt realizovať sily Murovského školy na stroji EDVAC, ale až do roku 1951 EDVAC nebol spustený kvôli technickým ťažkostiam pri vytváraní spoľahlivej počítačovej pamäte. Iné výskumné ústavy, ktoré dostali kópie projektu, dokázali tieto problémy vyriešiť oveľa skôr ako skupina vývojárov z Murovského školy a implementovali ich do vlastných počítačových systémov. Prvých päť počítačov implementujúcich hlavné črty von Neumannovej architektúry bolo:

Manchester Mark I. Prototyp - Manchester Small Experimental Machine. Univerzita v Manchestri, Spojené kráľovstvo, 21. júna 1948;

EDSAC. University of Cambridge (anglicky The Cambridge University), Spojené kráľovstvo, 6. mája 1949;

BINAC. USA, apríl alebo august 1949;

CSIR Mk 1. Austrália, november 1949;

Norbert Wiener v spolupráci s Johnom von Neumannom upozornil na skutočnosť, že procesy riadiace zložitý elektronický systém sú podobné procesom neurofyziológie, ktorá študuje cieľavedomú činnosť živých bytostí. Zachovanie prevádzkyschopnosti takýchto systémov sa dosahuje prostredníctvom spätnej väzby, umožňuje vám sledovať a opravovať už začatú, ale ešte nie úplne dokončenú akciu. Existencia spätnej väzby nám umožňuje uvažovať o zložitých systémoch rôznej povahy – fyzickej, sociálnej, biologickej – z jedného uhla pohľadu. Toto sú základy kybernetiky. V roku 1948 vyšla kniha N. Wienera „Kybernetika alebo riadenie a komunikácia v živom svete a strojoch“.

Von Neumannove princípy

V roku 1946 D. von Neumann, G. Goldstein a A. Berks vo svojom spoločnom článku načrtli nové princípy konštrukcie a prevádzky počítačov. Následne boli na základe týchto princípov vyrobené prvé dve generácie počítačov. V neskorších generáciách nastali isté zmeny, hoci Neumannove princípy platia dodnes.

Neumannovi sa v skutočnosti podarilo zovšeobecniť vedecký vývoj a objavy mnohých iných vedcov a na ich základe sformulovať zásadne nové veci.

1. Použitie binárneho číselného systému v počítačoch. Výhodou oproti desiatkovej číselnej sústave je, že zariadenia sa dajú robiť celkom jednoducho, aritmetické a logické operácie v dvojkovej číselnej sústave sú tiež celkom jednoduché.

2. Ovládanie počítačového programu. Činnosť počítača je riadená programom pozostávajúcim zo sady inštrukcií. Príkazy sa vykonávajú postupne jeden po druhom. Vytvorenie stroja s programom uloženým v pamäti položilo základ tomu, čo dnes nazývame programovanie.

3. Pamäť počítača neslúži len na ukladanie dát, ale aj na programy. V tomto prípade sú programové príkazy aj dáta zakódované v binárnej číselnej sústave, t.j. ich spôsob písania je rovnaký. Preto v určitých situáciách môžete vykonávať rovnaké akcie s príkazmi ako s údajmi.

4. Pamäťové bunky počítača majú adresy, ktoré sú postupne očíslované. Kedykoľvek môžete odkazovať na ľubovoľnú pamäťovú bunku podľa jej adresy. Tento princíp otvoril možnosť využitia premenných v programovaní.

5. Možnosť podmieneného skoku v procese vykonávania programu. Napriek tomu, že príkazy sú vykonávané postupne, programy môžu implementovať schopnosť skočiť na ktorúkoľvek časť kódu.

Najdôležitejším dôsledkom týchto princípov možno nazvať skutočnosť, že program už nebol trvalou súčasťou stroja (ako napríklad kalkulačka). Program sa ľahko mení. Výbava ale samozrejme ostáva nezmenená a veľmi jednoduchá.

Pre porovnanie, počítačový program ENIAC (kde nebol v pamäti uložený žiadny program) bol určený špeciálnymi prepojkami na paneli. Preprogramovanie stroja (odlišné nastavenie prepojok) môže trvať viac ako jeden deň. Hoci písanie programov pre moderné počítače môže trvať roky, po niekoľkých minútach inštalácie na pevný disk fungujú na miliónoch počítačov.

Von Neumannov stroj

V súlade s princípmi von Neumanna sa počítač skladá z aritmeticko-logickej jednotky - ALU (anglicky ALU, Arithmetic and Logic Unit), ktorá vykonáva aritmetické a logické operácie; ovládacie zariadenie určené na organizovanie vykonávania programov; pamäťové zariadenia (pamäť), vrát. pamäť s náhodným prístupom (RAM) a externé úložné zariadenie (VCU); externé zariadenia pre vstup a výstup dát. Von Neumannova počítačová architektúra sa považuje za klasickú a väčšina počítačov je na nej postavená. Vo všeobecnosti, keď hovoríme o von Neumannovej architektúre, majú na mysli fyzické oddelenie procesorového modulu od úložných zariadení pre programy a dáta.

Prvé počítačové systémy sa vyznačovali pevne špecifikovaným súborom spustiteľných príkazov a programov. Príkladom tohto druhu výpočtového zariadenia sú kalkulačky. Myšlienka ukladania počítačových programov do zdieľanej pamäte umožnila premeniť počítače na všestranné zariadenia schopné vykonávať širokú škálu úloh.

Programy a údaje sa vkladajú do pamäte zo vstupného zariadenia prostredníctvom aritmetického logického zariadenia. Všetky príkazy programu sa zapisujú do susedných pamäťových buniek a dáta na spracovanie môžu byť obsiahnuté v ľubovoľných bunkách. Pre každý program musí byť posledným príkazom príkaz na vypnutie.

Príkaz pozostáva zo špecifikácie, ktorá operácia sa má vykonať (z možných operácií na danom hardvéri) a adries pamäťových buniek, kde sú uložené dáta, na ktorých sa má zadaná operácia vykonať, ako aj adresy bunky, kde má byť výsledok napísané (ak sa vyžaduje uloženie do pamäte).

Z aritmetickej logickej jednotky sú výsledky odosielané do pamäte alebo výstupného zariadenia. Základný rozdiel medzi pamäťovým zariadením a výstupným zariadením je v tom, že údaje sú uložené v pamäti vo forme, ktorá je vhodná na spracovanie počítačom, a výstupné zariadenia (tlačiareň, monitor atď.) sú prijímané tak, ako je to vhodné. pre osobu.

UU ovláda všetky časti počítača. Z riadiaceho zariadenia do iných zariadení sú prijímané signály „čo robiť“ a z iných zariadení dostáva CU informácie o ich stave.

Riadiace zariadenie obsahuje špeciálny register (bunku) nazývaný "počítadlo príkazov". Po načítaní programu a dát do pamäte sa do počítadla príkazov zapíše adresa prvého príkazu programu. UU načíta z pamäte obsah pamäťovej bunky, ktorej adresa je v počítadle príkazov, a umiestni ju do špeciálneho zariadenia - "Command register". UU definuje činnosť príkazu, "označuje" v pamäti údaje, ktorých adresy sú uvedené v príkaze, a riadi vykonávanie príkazu. Operáciu vykonáva ALU alebo hardvér počítača.

V dôsledku vykonania ľubovoľného príkazu sa počítadlo príkazov zmení o jednotku, a preto ukazuje na nasledujúci príkaz v programe. Keď je potrebné vykonať príkaz, ktorý nie je nasledujúci za aktuálnym príkazom, ale je od daného príkazu vzdialený určitým počtom adries, potom špeciálny skokový príkaz obsahuje adresu bunky, do ktorej je potrebné preniesť riadenie. .

Drvivá väčšina dnešných počítačov sú von Neumannove stroje. Výnimkou sú len určité typy systémov pre paralelné výpočty, v ktorých nie je počítadlo inštrukcií, nie je implementovaný klasický koncept premennej a existujú ďalšie podstatné zásadné rozdiely oproti klasickému modelu (príkladom sú streamovacie a redukčné počítače). Zrejme dôjde k významnej odchýlke od von Neumannovej architektúry v dôsledku vývoja myšlienky strojov piatej generácie, v ktorých spracovanie informácií nie je založené na výpočtoch, ale na logických záveroch.

Štátna vzdelávacia inštitúcia

vyššie odborné vzdelanie regiónu Tyumen

ŠTÁTNA AKADÉMIA TYUMEN

SVETOVÁ EKONOMIKA, RIADENIE A PRÁVA

Katedra matematiky a informatiky

disciplínou

"POČÍTAČOVÉ SYSTÉMY, SIETE A TELEKOMUNIKÁCIE"

"VON NEUMANOVE PRINCÍPY"

1. Úvod ………………………………………………………………… .... 2

2. Základné princípy architektúry od Johna von Neumanna …………… .3

3. Štruktúra počítača ………………………………………………………… 3

4. Ako funguje stroj Johna von Neumanna ………………………… ... 4

5. Záver ………………………………………………………………… ... 6

Referencie ……………………………………………………… ... 8

Úvod

Od polovice 60. rokov sa prístup k tvorbe počítačov dramaticky zmenil. Namiesto vývoja hardvéru a matematickej podpory sa začal navrhovať systém pozostávajúci zo syntézy hardvéru a softvéru. Zároveň sa do popredia dostal koncept interakcie. Tak vznikol nový pojem – počítačová architektúra.

Architektúra počítača sa zvyčajne chápe ako súbor všeobecných princípov organizácie hardvéru a softvéru a ich hlavných charakteristík, ktoré určujú funkčnosť počítača pri riešení zodpovedajúcich typov problémov.

Počítačová architektúra pokrýva značnú škálu problémov spojených s tvorbou komplexu hardvéru a softvéru a zohľadňuje veľké množstvo určujúcich faktorov. Medzi tieto faktory patria hlavné: náklady, rozsah, funkčnosť, jednoduchosť použitia a hardvér sa považuje za jednu z hlavných zložiek architektúry.

Architektúru výpočtového zariadenia je potrebné odlíšiť od štruktúry, keďže štruktúra výpočtového zariadenia určuje jeho aktuálne zloženie na určitej úrovni detailov a popisuje prepojenia v rámci zariadenia. Architektúra na druhej strane definuje základné pravidlá pre interakciu základných prvkov výpočtového zariadenia, ktorých popis sa vykonáva v rozsahu potrebnom na vytvorenie pravidiel interakcie. Nevytvára všetky spojenia, ale len tie najnutnejšie, ktoré musia byť známe pre kompetentnejšie používanie použitého nástroja.

Používateľa počítača teda nezaujíma, na akých prvkoch sú elektronické obvody vyrobené, príkazy sa vykonávajú v obvode alebo softvéri a podobne. Počítačová architektúra skutočne odráža celý rad problémov, ktoré sa týkajú všeobecného návrhu a konštrukcie počítačov a ich softvéru.

Architektúra počítača zahŕňa štruktúru, ktorá odráža zloženie počítača, ako aj softvérovú a matematickú podporu. Štruktúra počítača je súbor prvkov a spojení medzi nimi. Základným princípom konštrukcie všetkých moderných počítačov je softvérové ​​ovládanie.

Základy teórie počítačovej architektúry položil John von Neumann. Kombinácia týchto princípov dala vzniknúť klasickej (von Neumannovej) počítačovej architektúre.

Základné princípy architektúry od Johna von Neumanna

John von Neumann (1903 - 1957) je americký matematik, ktorý veľkou mierou prispel k vytvoreniu prvých počítačov a vývoju metód na ich aplikáciu. Bol to on, kto položil základy doktríny architektúry počítačov, keď sa v roku 1944 pripojil k vytvoreniu prvého elektrónkového počítača na svete ENIAC, keď už bol vybraný jeho dizajn. V procese práce, počas početných diskusií so svojimi kolegami G. Goldsteinom a A. Berksom, John von Neumann vyjadril myšlienku zásadne nového počítača. V roku 1946 vedci načrtli svoje princípy konštrukcie počítačov v dnes už klasickom článku „Predbežná úvaha o logickom návrhu elektronického výpočtového zariadenia“. Odvtedy uplynulo viac ako polstoročie, ale ustanovenia v ňom uvedené sú aktuálne aj dnes.

Článok presvedčivo zdôvodňuje použitie dvojkovej sústavy na reprezentáciu čísel, pretože predtým všetky počítače uchovávali spracované čísla v desiatkovej forme. Autori demonštrovali výhody binárneho systému pre technickú implementáciu, pohodlnosť a jednoduchosť vykonávania aritmetických a logických operácií v ňom. V budúcnosti počítače začali spracovávať nečíselné typy informácií – textové, grafické, zvukové a iné, no binárne kódovanie údajov stále tvorí informačný základ každého moderného počítača.

Ďalšou revolučnou myšlienkou, ktorej význam možno len ťažko preceňovať, je princíp „uloženého programu“, ktorý navrhol Neumann. Spočiatku bol program nastavený nastavením prepojok na špeciálnom patch paneli. Išlo o veľmi zdĺhavú úlohu: napríklad zmena programu stroja ENIAC trvala niekoľko dní, pričom samotný výpočet nemohol trvať dlhšie ako niekoľko minút – bolo tam obrovské množstvo nefunkčných lámp. Neumann ako prvý uhádol, že program môže byť uložený aj ako množina núl a jednotiek a v rovnakej pamäti ako čísla, ktoré spracováva. Absencia zásadného rozdielu medzi programom a údajmi umožnila samotnému počítaču vytvoriť si program pre seba v súlade s výsledkami výpočtov.

Štruktúra počítača

John von Neumann nielenže predložil základné princípy logického zariadenia počítača, ale navrhol aj jeho štruktúru, ktorá bola reprodukovaná počas prvých dvoch generácií počítačov. Hlavnými blokmi sú podľa Neumanna riadiaca jednotka (CU) a aritmetická logická jednotka (ALU), zvyčajne spojené do centrálneho procesora, ktorého súčasťou je aj súbor všeobecných registrov (RON) - na medziukladanie informácií počas jeho spracovanie; pamäť, externá pamäť, vstupné a výstupné zariadenia. Je potrebné poznamenať, že externá pamäť sa líši od vstupných a výstupných zariadení tým, že údaje sa do nej vkladajú vo forme vhodnej pre počítač, ale neprístupnej pre priame ľudské vnímanie.

Počítačová architektúra založená na princípoch Johna von Neumanna.

Plné čiary so šípkami označujú smer informačných tokov, prerušované čiary - riadiace signály.

Ako funguje stroj Johna von Neumanna

Teraz si povedzme podrobnejšie o tom, ako funguje stroj postavený na tejto architektúre. Von Neumannov stroj pozostáva z pamäťového zariadenia (pamäť) - pamäte, aritmeticko-logického zariadenia - ALU, riadiaceho zariadenia - UU, ako aj vstupných a výstupných zariadení, ktoré je možné vidieť na ich diagramoch a ako bolo uvedené vyššie.

Programy a údaje sa vkladajú do pamäte zo vstupného zariadenia prostredníctvom aritmetického logického zariadenia. Všetky príkazy programu sa zapisujú do susedných pamäťových buniek a dáta na spracovanie môžu byť obsiahnuté v ľubovoľných bunkách. Pre každý program musí byť posledným príkazom príkaz na vypnutie.

Príkaz pozostáva zo špecifikácie, aká operácia sa má vykonať a adries pamäťových buniek, kde sú uložené dáta, na ktorých sa má zadaná operácia vykonať, ako aj adresy bunky, do ktorej sa má zapísať výsledok, ak je to potrebné. byť uložené v pamäti.

Aritmetická logická jednotka vykonáva operácie označené príkazmi na uvedených údajoch. Z neho sú výsledky výstupom do pamäte alebo výstupného zariadenia.

Riadiaca jednotka (CU) riadi všetky časti počítača. Posiela signály ostatným zariadeniam „čo robiť“ a z iných zariadení dostáva CU informácie o ich stave. Obsahuje špeciálny register (bunku) nazývanú „počítadlo príkazov“. Po načítaní programu a dát do pamäte sa do počítadla príkazov zapíše adresa prvého príkazu programu a CU načíta z pamäte obsah pamäťovej bunky, ktorej adresa je v počítadle príkazov, a umiestni ho do špeciálneho zariadenia - "Príkazový register". UU definuje činnosť príkazu, "označuje" v pamäti údaje, ktorých adresy sú uvedené v príkaze, a riadi vykonávanie príkazu.

ALU - poskytuje aritmetické a logické spracovanie dvoch premenných, v dôsledku čoho sa vytvorí výstupná premenná. Funkcie ALU sa zvyčajne redukujú na jednoduché aritmetické a logické operácie a operácie posunu. Generuje tiež množstvo výsledkových atribútov (príznakov), ktoré charakterizujú získaný výsledok a udalosti, ku ktorým došlo v dôsledku jeho prijatia (rovnosť k nule, znamienko, parita, pretečenie). UU môže analyzovať príznaky, aby sa mohlo rozhodnúť o ďalšom postupe vykonávania príkazu.

V dôsledku vykonania ľubovoľného príkazu sa počítadlo príkazov zmení o jednotku, a preto ukazuje na nasledujúci príkaz v programe. Keď je potrebné vykonať príkaz, ktorý nie je nasledujúci za aktuálnym príkazom, ale je od daného príkazu vzdialený určitým počtom adries, potom špeciálny skokový príkaz obsahuje adresu bunky, do ktorej je potrebné preniesť riadenie. .

Záver

Poďme teda ešte raz zdôrazniť základné princípy, ktoré navrhol von Neumann:

· Princíp binárneho kódovania. Na reprezentáciu údajov a príkazov sa používa systém binárnych čísel.

· Princíp homogenity pamäte. Programy (inštrukcie) aj dáta sú uložené v rovnakej pamäti (a zakódované v rovnakej číselnej sústave – najčastejšie binárne). S príkazmi môžete vykonávať rovnaké akcie ako s údajmi.

· Princíp adresovateľnosti pamäte.Štrukturálne pozostáva hlavná pamäť z očíslovaných buniek; ktorákoľvek bunka je procesoru kedykoľvek k dispozícii.

V roku 1946 D. von Neumann, G. Goldstein a A. Berks vo svojom spoločnom článku načrtli nové princípy konštrukcie a prevádzky počítačov. Následne boli na základe týchto princípov vyrobené prvé dve generácie počítačov. V neskorších generáciách nastali isté zmeny, hoci Neumannove princípy platia dodnes.

Neumannovi sa v skutočnosti podarilo zovšeobecniť vedecký vývoj a objavy mnohých iných vedcov a na ich základe sformulovať zásadne nové veci.

Von Neumannove princípy

1. Použitie binárneho číselného systému v počítačoch... Výhodou oproti desiatkovej číselnej sústave je, že zariadenia sa dajú robiť celkom jednoducho, aritmetické a logické operácie v dvojkovej číselnej sústave sú tiež celkom jednoduché.
2. Ovládanie počítačového programu... Činnosť počítača je riadená programom pozostávajúcim zo sady inštrukcií. Príkazy sa vykonávajú postupne jeden po druhom. Vytvorenie stroja s programom uloženým v pamäti položilo základ tomu, čo dnes nazývame programovanie.
3. Pamäť počítača slúži nielen na ukladanie dát, ale aj na programy... V tomto prípade sú programové príkazy aj dáta zakódované v binárnej číselnej sústave, t.j. ich spôsob písania je rovnaký. Preto v určitých situáciách môžete vykonávať rovnaké akcie s príkazmi ako s údajmi.
4. Pamäťové bunky počítača majú adresy, ktoré sú postupne očíslované... Kedykoľvek môžete odkazovať na ľubovoľnú pamäťovú bunku podľa jej adresy. Tento princíp otvoril možnosť využitia premenných v programovaní.
5. Schopnosť podmieneného skoku počas vykonávania programu... Napriek tomu, že príkazy sú vykonávané postupne, programy môžu implementovať schopnosť skočiť na ktorúkoľvek časť kódu.

Najdôležitejším dôsledkom týchto princípov možno nazvať skutočnosť, že program už nebol trvalou súčasťou stroja (ako napríklad kalkulačka). Program sa ľahko mení. Výbava ale samozrejme ostáva nezmenená a veľmi jednoduchá.

Pre porovnanie, počítačový program ENIAC (kde nebol v pamäti uložený žiadny program) bol určený špeciálnymi prepojkami na paneli. Preprogramovanie stroja (odlišné nastavenie prepojok) môže trvať viac ako jeden deň. Hoci písanie programov pre moderné počítače môže trvať roky, po niekoľkých minútach inštalácie na pevný disk fungujú na miliónoch počítačov.

Ako funguje von Neumannov stroj

Von Neumannov stroj sa skladá z pamäťového zariadenia (pamäť) - pamäte, aritmetického logického zariadenia - ALU, riadiaceho zariadenia - CU, ako aj vstupných a výstupných zariadení.

Programy a údaje sa vkladajú do pamäte zo vstupného zariadenia prostredníctvom aritmetického logického zariadenia. Všetky príkazy programu sa zapisujú do susedných pamäťových buniek a dáta na spracovanie môžu byť obsiahnuté v ľubovoľných bunkách. Pre každý program musí byť posledným príkazom príkaz na vypnutie.

Príkaz pozostáva zo špecifikácie, ktorá operácia sa má vykonať (z možných operácií na danom hardvéri) a adries pamäťových buniek, kde sú uložené dáta, na ktorých sa má zadaná operácia vykonať, ako aj adresy bunky, kde má byť výsledok napísané (ak sa vyžaduje uloženie do pamäte).

Aritmetická logická jednotka vykonáva operácie označené príkazmi na uvedených údajoch.

Z aritmetickej logickej jednotky sú výsledky odosielané do pamäte alebo výstupného zariadenia. Základný rozdiel medzi pamäťovým zariadením a výstupným zariadením je v tom, že údaje sú uložené v pamäti vo forme, ktorá je vhodná na spracovanie počítačom, a výstupné zariadenia (tlačiareň, monitor atď.) sú prijímané tak, ako je to vhodné. pre osobu.

UU ovláda všetky časti počítača. Z riadiaceho zariadenia do iných zariadení sú prijímané signály „čo robiť“ a z iných zariadení dostáva CU informácie o ich stave.

Riadiace zariadenie obsahuje špeciálny register (bunku) nazývaný "počítadlo príkazov". Po načítaní programu a dát do pamäte sa do počítadla príkazov zapíše adresa prvého príkazu programu. UU načíta z pamäte obsah pamäťovej bunky, ktorej adresa je v počítadle príkazov, a umiestni ju do špeciálneho zariadenia - "Command register". UU definuje činnosť príkazu, "označuje" v pamäti údaje, ktorých adresy sú uvedené v príkaze, a riadi vykonávanie príkazu. Operáciu vykonáva ALU alebo hardvér počítača.

V dôsledku vykonania ľubovoľného príkazu sa počítadlo príkazov zmení o jednotku, a preto ukazuje na nasledujúci príkaz v programe. Keď je potrebné vykonať príkaz, ktorý nie je nasledujúci za aktuálnym príkazom, ale je od daného príkazu vzdialený určitým počtom adries, potom špeciálny skokový príkaz obsahuje adresu bunky, do ktorej je potrebné preniesť riadenie. .

John von Neumann už ako osemročný ovládal základy vyššej matematiky a niekoľko cudzích a klasických jazykov. Po absolvovaní univerzity v Budapešti v roku 1926 vyučoval von Neumann v Nemecku av roku 1930 emigroval do Spojených štátov a stal sa štipendistom na Princetonskom inštitúte pre pokročilé štúdium.

V roku 1944 von Neumann a ekonóm O. Morgenstern napísali knihu Teória hier a ekonomické správanie. Táto kniha obsahuje nielen matematickú teóriu hier, ale aj jej aplikácie v ekonómii, armáde a iných vedách. John von Neumann bol pridelený do vývojového tímu ENIAC matematickým konzultantom, s ktorým sa tím stretol.

V roku 1946 spolu s G. Goldsteinom a A. Burksom napísal a vydal správu „Predbežná diskusia o logickom návrhu elektronického počítača“. Keďže meno von Neumanna ako vynikajúceho fyzika a matematika bolo už v širokých vedeckých kruhoch dobre známe, všetky výroky v správe boli pripísané jemu. Navyše, architektúra prvých dvoch generácií počítačov so sekvenčným vykonávaním inštrukcií v programe sa nazývala „von Neumannova architektúra počítačov“.

1. Princíp programovaného riadenia

Tento princíp zabezpečuje automatizáciu výpočtových procesov na počítači.

Program pozostáva zo sady inštrukcií, ktoré procesor vykonáva automaticky jednu po druhej v špecifickom poradí. Načítanie programu z pamäte sa vykonáva pomocou počítadla inštrukcií. Tento register procesora postupne zvyšuje adresu nasledujúcej inštrukcie v ňom uloženej o dĺžku inštrukcie. Pretože inštrukcie programu sú umiestnené v pamäti jedna po druhej, je organizovaný výber reťazca inštrukcií zo sekvenčne umiestnených pamäťových buniek. Ak je po vykonaní príkazu potrebné prejsť nie na ďalší, ale na iný, použijú sa príkazy podmienených alebo nepodmienených skokov, ktoré do počítadla príkazov zadajú číslo pamäťovej bunky obsahujúcej nasledujúci príkaz. . Načítanie príkazov z pamäte sa zastaví po dosiahnutí a vykonaní príkazu „stop“. Procesor teda vykonáva program automaticky, bez ľudského zásahu.

2. Princíp homogenity pamäti

Absencia zásadného rozdielu medzi programom a údajmi umožnila počítaču vytvoriť si program pre seba v súlade s výsledkom výpočtov.

Programy a dáta sú uložené v rovnakej pamäti. Počítač preto nerozlišuje medzi tým, čo je uložené v danom pamäťovom mieste – číslom, textom alebo príkazom. S príkazmi môžete vykonávať rovnaké akcie ako s údajmi. To otvára celý rad možností. Napríklad program v priebehu svojho vykonávania môže prejsť aj spracovaním, čo umožňuje v samotnom programe nastaviť pravidlá pre získanie niektorých jeho častí (takto je v programe organizované vykonávanie slučiek a podprogramov). Navyše, inštrukcie jedného programu môžu byť prijaté ako výsledky vykonávania iného programu. Na tomto princípe sú založené metódy prekladu - preklad textu programu z vysokoúrovňového programovacieho jazyka do jazyka konkrétneho stroja.

3. Princíp cielenia

Štrukturálne pozostáva hlavná pamäť z prečíslovaných buniek. Akákoľvek bunka je procesoru kedykoľvek k dispozícii. Preto je možné pomenovať oblasti pamäte, takže k hodnotám v nich uloženým je možné následne pristupovať alebo ich meniť počas vykonávania programov pomocou priradených názvov.

Von Neumann opísal, aký by mal byť počítač, aby bol všestranným a pohodlným nástrojom na spracovanie informácií. V prvom rade musí mať nasledujúce zariadenia:

Aritmeticko-logická jednotka, ktorá vykonáva aritmetické a logické operácie Riadiaca jednotka, ktorá organizuje proces vykonávania programov Pamäťové zariadenie na ukladanie programov a dát Externé zariadenia na vstupno-výstupné informácie.

Počítače postavené na týchto princípoch sú klasifikované ako von Neumannove.

Dnes je kompatibilná prevažná väčšina počítačov vrátane IBM PC. Existujú však aj počítačové systémy s inou architektúrou – napríklad systémy pre paralelné výpočty.

Hlavný modulárny princíp konštrukcie počítača

Architektúrou počítača sa rozumie jeho logická organizácia, štruktúra, zdroje, teda prostriedky výpočtového systému. Architektúra moderných počítačov je založená na kmeňovom modulárnom princípe.

Modulárny princíp umožňuje spotrebiteľovi vybrať si požadovanú konfiguráciu počítača a v prípade potreby ju aktualizovať. Modulárna organizácia systému je založená na kmeňovom (zbernicovom) princípe výmeny informácií. Chrbtica alebo systémová zbernica je súbor elektronických liniek, ktoré pri adresovaní pamäte, prenose údajov a servisných signáloch spájajú procesor, pamäť a periférne zariadenia.

Výmena informácií medzi jednotlivými počítačovými zariadeniami prebieha cez tri viacbitové zbernice spájajúce všetky moduly - dátovú zbernicu, adresovú zbernicu a riadiacu zbernicu.

Pripojenie jednotlivých počítačových modulov k chrbtici na fyzickej úrovni prebieha pomocou ovládačov a na softvérovej úrovni ho zabezpečujú ovládače. Riadiaca jednotka prijíma signál z procesora a dekóduje ho tak, aby príslušné zariadenie mohlo tento signál prijať a reagovať naň. Procesor nie je zodpovedný za reakciu zariadenia - je to funkcia ovládača. Preto sú externé počítačové zariadenia vymeniteľné a súbor takýchto modulov je ľubovoľný.

Bitová šírka dátovej zbernice je nastavená bitovou šírkou procesora, teda počtom binárnych bitov, ktoré procesor spracuje za jeden hodinový cyklus.

Dáta na dátovej zbernici je možné prenášať ako z procesora do akéhokoľvek zariadenia, tak aj v opačnom smere, to znamená, že dátová zbernica je obojsmerná. Medzi hlavné prevádzkové režimy procesora využívajúceho zbernicu prenosu dát patria: zápis/čítanie dát z RAM a z externých úložných zariadení, čítanie dát zo vstupných zariadení, odosielanie dát na výstupné zariadenia.

Výber účastníka na výmenu údajov vykonáva procesor, ktorý generuje kód adresy tohto zariadenia a pre RAM - kód adresy pamäťovej bunky. Adresový kód sa prenáša cez adresovú zbernicu a signály sa prenášajú jedným smerom z procesora do zariadení, to znamená, že táto zbernica je jednosmerná.

Riadiaca zbernica prenáša signály, ktoré určujú charakter výmeny informácií, a signály, ktoré synchronizujú interakciu zariadení podieľajúcich sa na výmene informácií.

Externé zariadenia sú pripojené k zberniciam cez rozhranie. Rozhraním sa rozumie súbor rôznych charakteristík periférneho zariadenia PC, ktoré určujú organizáciu výmeny informácií medzi ním a centrálnym procesorom. V prípade nekompatibility rozhraní (napríklad rozhrania systémovej zbernice a rozhrania pevného disku) sa používajú ovládače.

Aby zariadenia, ktoré tvoria počítač, mohli komunikovať s centrálnym procesorom, sú počítače kompatibilné s IBM vybavené systémom prerušení. Systém prerušení umožňuje počítaču pozastaviť aktuálnu aktivitu a prepnúť na iné v reakcii na prichádzajúcu požiadavku, napríklad stlačením klávesu na klávesnici. Na jednej strane je totiž žiaduce, aby bol počítač zaneprázdnený prácou, ktorá mu bola pridelená, a na druhej strane je potrebná jeho okamžitá reakcia na akúkoľvek požiadavku vyžadujúcu pozornosť. Prerušenia poskytujú okamžitú reakciu systému.

Pokrok výpočtovej techniky napreduje míľovými krokmi. Každý rok sa objavujú nové procesory, dosky, mechaniky a ďalšie periférie. Rast potenciálu PC a objavenie sa nových, produktívnejších komponentov nevyhnutne núti váš počítač upgradovať. Nie je však možné plne oceniť nové výdobytky výpočtovej techniky bez ich porovnania s existujúcimi štandardmi.

Vývoj PC je vždy založený na starých štandardoch a princípoch. Preto je ich znalosť základným faktorom pre (alebo proti) výber nového systému.

Počítač obsahuje nasledujúce komponenty:

centrálna procesorová jednotka (CPU); pamäť s náhodným prístupom (pamäť);

úložné zariadenia (úložné zariadenia);

vstupné zariadenia;

výstupné zariadenia;

komunikačné zariadenia.