5_Базовые_представления_об_архитектуреЭВМ_

1. Базовые представления об архитектуре ЭВМ. Принципы (архитектура) фон Неймана. Простейшие типы архитектур. Принцип открытой

архитектуры.
Магистрально-модульный
принцип организации ЭВМ.
Лекция 4

2. Что такое Архитектура ЭВМ?

Архитектура ЭВМ — это совокупность основополагающих
решений, которые определяют структуру компьютера, его
работу и взаимодействие между его частями

3. Что такое архитектура фон Неймана?

Архитектура фон Неймана — это фундаментальная модель
построения компьютеров, предложенная Джоном фон Нейманом
в 1945 году. Она до сих пор является основой для большинства
современных компьютеров.

4. Основные принципы архитектуры фон Неймана

1. Единое хранилище данных и команд
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Это
означает, что программа — это просто набор инструкций, которые
процессор выполняет последовательно.
• Пример: Представьте, что вы пишете рецепт приготовления
блюда. Рецепт (программа) и ингредиенты (данные) хранятся в
одном месте — на вашей кухне (память).

5. Основные принципы архитектуры фон Неймана

2. Последовательное выполнение команд
Команды программы выполняются одна за другой, начиная с
первой. Это называется последовательным выполнением.
• Пример: Если вы готовите по рецепту, вы выполняете шаги один
за другим: сначала режете овощи, потом варите их и так далее.

6. Основные принципы архитектуры фон Неймана

3. Использование двоичной системы
Все данные и команды кодируются в виде последовательности
нулей и единиц (двоичный код). Это позволяет легко работать с
данными на уровне электроники.
• Пример: Представьте, что у вас есть лампочка. Она может быть
либо включена (1), либо выключена (0). Комбинация таких
лампочек может кодировать любую информацию.

7. Основные принципы архитектуры фон Неймана

4. Универсальность процессора
Процессор способен выполнять любые программы, если они
записаны в понятном ему формате. Это делает компьютер
универсальным устройством.
• Пример: Ваш смартфон может работать как телефон,
фотоаппарат, музыкальный проигрыватель и многое другое. Все
это благодаря универсальному процессору.

8. + и - архитектуры фон Неймана

Преимущества:
Универсальность,
простота реализации,
возможность
программирования.
Недостатки:
Последовательное выполнение
команд может замедлять
работу.

9. Простейшие типы архитектур:

1. Архитектура Гарварда
В отличие от фон Неймана, здесь память данных и память команд
разделены. Это позволяет одновременно считывать данные и
команды, что увеличивает производительность.
• Пример: Представьте два потока информации: один — книга
рецептов (команды), второй — корзина с продуктами (данные).
Вы можете одновременно читать рецепт и брать продукты.

10. Простейшие типы архитектур:

2. RISC и CISC архитектуры
RISC (Reduced Instruction Set Computer): Простая архитектура с
небольшим набором команд. Каждая команда выполняется за один
такт.
• Пример: Минималистичный набор инструментов для ремонта:
молоток, отвертка, гаечный ключ.
CISC (Complex Instruction Set Computer): Сложная архитектура с
большим набором команд. Одна команда может выполнять несколько
действий.
• Пример: Многофункциональный швейцарский нож: он может
выступать как нож, открывалка, пила и т.д.

11. Простейшие типы архитектур:

3. Параллельные архитектуры
MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data): Несколько процессоров
выполняют разные задачи одновременно.
• Пример: Команда строителей, где каждый занят своим делом:
кто-то кладет кирпичи, кто-то красит стены.
SIMD (Single Instruction, Multiple Data): Одна команда выполняется
над несколькими данными одновременно.
• Пример: Штамповка деталей на заводе: один станок делает
много одинаковых деталей за раз.

12. Принцип открытой архитектуры

Открытая архитектура — это подход, при котором спецификации
устройства доступны всем разработчикам. Это позволяет создавать
совместимые компоненты и программы.

13. Примеры открытой архитектуры

IBM PC: Первый персональный компьютер с открытой
архитектурой. Это позволило другим компаниям создавать
совместимые устройства (материнские платы, видеокарты,
принтеры).
Пример: Как конструктор LEGO: вы можете добавлять новые блоки
к уже существующей конструкции.
USB-устройства: Любой производитель может создать USBнакопитель, который будет работать с любым компьютером.

14. Преимущества открытой архитектуры

•Возможность
модернизации
.
•Низкая
стоимость
компонентов.
•Большой
выбор
совместимых
устройств.

15. Магистрально-модульный принцип организации ЭВМ

Магистрально-модульный принцип - это принцип, при котором
все компоненты компьютера (процессор, память, устройства
ввода/вывода) соединены через общую шину (магистраль).
Каждый компонент можно заменить или модернизировать.

16. Основные элементы:

•Процессор —
"мозг" компьютера,
выполняющий
команды.
•Оперативная
память (RAM) —
временное
хранилище данных и
программ.
•Шина адреса —
указывает, куда
отправлять данные.
•Шина данных —
канал для передачи
данных.
•Шина управления
— управляет
работой всех
компонентов.

17. Как это работает:

1.1. Процессор
отправляет запрос
на шину адреса.
2. Данные
передаются по
шине данных.
3. Устройства
ввода/вывода
получают или
отправляют данные.
Пример: Представьте дорогу (шину), по которой едут машины с
данными. На каждом перекрестке (адресе) данные могут свернуть
к нужному месту (процессору, памяти, устройству).

18. Компьютеры продолжают развиваться, но базовые принципы остаются неизменными. Изучение этих принципов — это первый шаг к

пониманию того, как
работает мир цифровых технологий.