Схема фон Неймана

Принципиальная конструкция современных компьютеров опирается на схему фон Неймана. Эта схема определяет функции отдельных частей компьютера (рис. 1).



Внешняя память

Оперативная

Память

Постоянная

Память

V

Устройства

Ввода

Процессор

Устройства

Вывода

Рис. 1

Согласно схеме фон Неймана обработка информации выполняется процессором. Все действия, совершаемые процессором заданы программой — принцип программного управления. Данные и программы во время работы хранятся в оперативной памяти, для долгосрочного хранения те и другие переводятся из оперативной во внешнюю память. При этом человек вводит данные через устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер, микрофон), а получает результат обработки через устройства вывода (монитор, принтер, акустические колонки).

Все программы и данные для работы процессора хранятся в памяти. Если их там нет, то компьютер работать не будет.

Объем устройств памяти определяется максимальным количеством информации, которое они могут хранить.

Оперативная память не может хранить данные при отсутствии электропитания. Для хранения данных без электропитания применяются разные виды внешней памяти. Самые распространенные сейчас устройства внешней памяти — дисковые, чаще всего это всевозможные магнитные диски.

Постоянная память содержит программы, с которых начинается работа ЭВМ. Без этих программ компьютер не сможет получить программы и данные из внешней памяти. Постоянная память не зависит от электропитания. Однако эта память медленнее, а объем ее невелик. Для изменения данных в ней требуется специальное устройство — программатор. В современных персональных компьютерах такое устройство есть, но используют его редко — только тогда, когда надо исправить ошибки в базовых программах.

Определяя назначение каждого устройства, схема не указывает способы изготовления, принципы работы устройств и методы связи между ними.

Принципы, которые определяют соединение устройств или их внутреннее устройство, называют архитектурой.

Основные устройства компьютера и их свойства

Почти все современные компьютеры сконструированы на основе шинной архитектуры. Согласно этой архитектуре различные устройства связываются между собой с помощью общего канала — шины. В некоторых случаях ее называют магистралью. К общему каналу подключаются различные устройства (процессор, оперативная память и т. д.). С шиной они часто соединены специальными устройствами-посредниками — контроллерами и адаптерами (рис. 2).

К одному контроллеру может присоединяться несколько устройств, работающих по известным ему стандартам. Контроллеры бывают самые разные — для подключения внешних устройств ввода-вывода, дисков и т. д.

Современные ЭВМ собираются из улътра - болъших интегральных схем (УБИС). УБИС — это небольшие пластинки кремния, на которых вкраплениями других материалов созданы отдельные логические элементы. Такие элементы уложены очень плотно, что позволяет разместить на небольшой пластинке сложную схему.

Существует огромное количество микросхем для различных применений. Для решения конкретной задачи их часто выпускают целыми наборами — чипсетами (chipset).

Микросхемы собираются на платах — пластинах непроводящего материала, на которых закреплены проводники. К проводникам присоединяются микросхемы (припаиваются или вставляются в заранее припаянные разъемы).

Современные компьютеры конструируют, исходя из двух основных принципов: блочномодульного и принципа открытой архитектуры.

Блочно-модульный принцип заключается в том, что отдельные по своим функциям устройства выполняются в виде отдельных модулей.

Принцип открытой архитектуры означает, что конструкторы ЭВМ предоставляют информацию о том, как разрабатывать устройства для нового компьютера.

Современные компьютеры собирают из отдельных частей, как конструктор, причем устройства стараются выполнять в виде отдельных модулей, а их контроллеры — в виде плат.

Некоторые основные устройства (сама шина, основные контроллеры и т. д.) собирают в одном модуле — материнской плате. Остальные уст-

Ройства подключаются к материнской плате через специальные разъемы.

Если какое-то устройство выходит из строя, то весь компьютер, как правило, не ремонтируется, а заменяется только сломанный модуль. Если нужно подключить новое устройство, то можно разработать новый модуль-контроллер и встроить его в уже существующую ЭВМ.

Многие современные устройства и контроллеры — почти компьютеры. Они содержат свои процессоры, оперативную память, хранят и выполняют небольшие программы. Только это специализированные компьютеры, например, для вывода сложных изображений на экран.




See also: