Устройство компьютера. Принципы устройства компьютеров

1. Устройство компьютера

1
Устройство
компьютера
§ 30. Принципы устройства
компьютеров
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

2.

2
А. Беркс, Г. Голдстайн и Дж. фон Нейман
«Предварительное рассмотрение логической конструкции
электронного вычислительного устройства» (1946)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

3. Принципы устройства компьютеров с. 240

Устройство компьютера, 10 класс
3
Принципы устройства компьютеров с. 240
1. состав основных компонентов вычислительной
машины
2. принцип двоичного кодирования
3. принцип адресности памяти
4. принцип иерархической (многоуровневой)
организации памяти
5. принцип хранимой программы (однородности
памяти)
6. принцип программного управления
Фон-Неймановская архитектура ЭВМ
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

4. Что такое архитектура? (с. 247)

Устройство компьютера, 10 класс
4
Что такое архитектура? (с. 247)
Архитектура компьютера – это общие принципы
построения конкретного семейства компьютеров (PDP,
ЕС ЭВМ, Apple, IBM PC, …).
• принципы построения системы команд и их
кодирования
• форматы данных и особенности их машинного
представления
• алгоритм выполнения команд программы
• способы доступа к памяти и внешним устройствам
• возможности изменения конфигурации оборудования
К архитектуре НЕ относятся особенности конкретного
компьютера: набор микросхем, тип жёсткого диска,
ёмкость памяти, тактовая частота и т.д.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

5. К АРХИТЕКТУРЕ

Устройство компьютера, 10 класс
5
К АРХИТЕКТУРЕ
Относят?
Не относят?
Общие принципы
построения семейства
компьютеров
Особенности изготовления
конкретного компьютера
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

6. К АРХИТЕКТУРЕ

Устройство компьютера, 10 класс
6
К АРХИТЕКТУРЕ
Относят?
Не относят?
• принципы построения системы команд и их кодирования
• емкость памяти
• форматы данных и особенности их машинного представления
• тип жесткого диска
• способы доступа к памяти и внешним устройствам
• тактовая частота
• набор микросхем
• алгоритм выполнения команд программы
• возможности изменения конфигурации оборудования
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

7. Общие принципы архитектуры фон Неймана

Устройство компьютера, 10 класс
7
Общие принципы архитектуры фон Неймана
1. Основные компоненты машины (с. 241)
устройства
ввода
обрабатывает
данные
внутренняя
память
временное
хранение
данных во
время
обработки
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
процессор
(АЛУ, УУ)
устройства
вывода
долговременное
хранение данных
внешняя
память
обеспечивает
выполнение
программы
http://kpolyakov.spb.ru

8. 2. Принцип двоичного кодирования

Устройство компьютера, 10 класс
8
Общие принципы архитектуры фон Неймана
2. Принцип двоичного кодирования
Все данные хранятся в двоичном коде.
Lorem ipsum
dolor sit amet,
consectetur
adipisicing elit,
sed do eiusmod
tempor
incididunt ut
labore et dolore
magna aliqua
100101010100…
проще устройства для
хранения и обработки
данных
Троичная ЭВМ «Сетунь» (1959)
Николай Петрович Брусенцов
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

9. 3. Принцип адресности памяти

Устройство компьютера, 10 класс
9
Принципы организации памяти архитектуры
фон Неймана
3. Принцип адресности памяти
• Память состоит из пронумерованных ячеек.
• Процессору в любой момент времени доступна
любая ячейка по ее адресу.
Адрес ячейки памяти – это ее номер
Минимальный адресуемый элемент оперативной памяти (ячейка)
в современных компьютерах имеет размер?
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

10. Принцип адресности памяти

Устройство компьютера, 10 класс
10
Принцип адресности памяти
• размеры ячеек:
у первых ЭВМ – 36, 48, 60 битов
сейчас – 8 битов
Первые ЭВМ (I и II поколения)
200
201
202
203
204
205
III и IV поколения
200
числа
200
204
205
206
207
208
208
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
201
202
203
символы
числа
209
20 B
20 A
http://kpolyakov.spb.ru

11. 4. Иерархическая организация памяти (с. 244)

Устройство компьютера, 10 класс
11
Принципы организации памяти архитектуры
фон Неймана
4. Иерархическая организация памяти (с. 244)
Требования к памяти:
• большой объём
• высокая скорость доступа
! Эти требования противоречивы!
Использование несколько уровней памяти:
• внутренняя память (небольшой объём, высокое
быстродействие)
• внешняя память (большой объём, низкое
быстродействие)
• …
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

12. Иерархия памяти (с. 244; с. 274 рис. 5.20)

Устройство компьютера, 10 класс
12
Иерархия памяти (с. 244; с. 274 рис. 5.20)
компьютер
процессор
регистры
кэш-память
объем
ОЗУ
быстродействие,
стоимость бита
внешняя память
(диски)
компьютерные сети
Чтобы преодолеть противоречие между объемом памяти и
быстродействием, используют несколько различных видов памяти,
связанных друг с другом.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

13. 5. Принцип хранимой программы (однородности памяти) (с. 245)

Устройство компьютера, 10 класс
13
Принципы выполнения программы
архитектуры фон Неймана
5. Принцип хранимой программы (однородности памяти)
(с. 245)
Программа хранится в единой памяти вместе с данными.
В гарвардской архитектуре есть
отдельные области памяти для
программ и данных!
Код программы хранится в ПЗУ или во внешней памяти и
загружается в ОЗУ для решения задач.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

14. 6. Принцип программного управления (с. 246)

Устройство компьютера, 10 класс
14
Принципы выполнения программы
архитектуры фон Неймана
6. Принцип программного управления (с. 246)
Программа состоит из набора команд, которые
выполняются процессором автоматически друг за другом в
определенной последовательности
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru