Основные устройства компьютера и их функции

Несмотря на огромное разнообразие вычислительной техники и ее необычайное быстрое совершенствование, фундаментальные принципы устройства машин во многом остаются неизменными. В частности, начиная с самых первых поколений, любая ЭВМ состоит из следующих основных устройств: процессор, память (внутренняя и внешняя) и устройства ввода и вывода информации. Рассмотрим более подробно назначение каждого из них.

Процессор является самым главным устройством компьютера, в котором собственно и происходит обработка всех видов информации. Другой важной функцией процессора является обеспечение согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера. Соответственно, наиболее важными частями процессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления (УУ).

Каждый процессор способен выполнять вполне определенный набор универсальных инструкций, называемых чаще всего машинными командами. Работа ЭВМ состоит в выполнении последовательности таких команд, подготовленных в виде программы. Процессор способен организовать считывание очередной команды, ее анализ и выполнение, а также при необходимости принять данные или отправить результаты их обработки на требуемое устройство. Выбрать, какую инструкцию программы исполнять следующей, также должен сам процессор, причем результат этого выбора часто может зависеть от обрабатываемой в данный момент информации.

Хотя внутри процессора всегда имеется специальные ячейки (регистры) для оперативного хранения обрабатываемых данных и некоторой служебной информации, в нем сознательно не предусмотрено место для хранения программы. Для этой важной цели в компьютере служит другое устройство – память.

Память в целом предназначена для хранения как данных, так и программ их обработки (принцип фон Неймана, упоминавшийся выше).

Начиная с самых первых ЭВМ, память сразу стали делить на внутреннюю и внешнюю. Исторически это было связано с размещением внутри или вне процессорного шкафа.

Под внутренней памятью современного компьютера принято понимать быстродействующую электронную память, расположенную на его системной плате. Сейчас такая память изготавливается на базе самых современных полупроводниковых технологий.

Наиболее существенная часть внутренней памяти называется оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Его главное назначение состоит в том, чтобы хранить данные и программы для решаемых в текущий момент задач. При выключении питания содержимое ОЗУ полностью теряется.

В состав внутренней памяти входит также постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором, в частности, хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. Информация в ПЗУ не зависит от состояния.

Внешняя память реализуется в виде разнообразных устройств хранения информации и оформляется в виде самостоятельных блоков. Сюда относятся накопители на гибких (дискеты) и жестких магнитных дисках, оптические дисководы для работы с дисками CD, а также флеш-память.

В конструкции большинства устройств внешней памяти есть механически движущиеся части, поэтому скорость их работы существенно ниже, чем в полностью электронной внутренней памяти. Внешняя память позволяет сохранять огромные объемы информации с целью последующего использования.

Для получения информации о результатах работы компьютера существует устройство вывода – монитор (дисплей), которое позволяет представить их в доступной для человеческого восприятия форме. Для того, чтобы получить копию результатов на бумаге, используют печатающее устройство, или принтер.

Для ввода в компьютер новой информации необходимы устройства ввода. Простейшим устройством ввода является клавиатура. Широкое распространение программ с графическим интерфейсом способствовало популярности манипулятора мышь. Очень эффективным современным устройством для ввода информации в компьютер является сканер, позволяющий не просто преобразовать картинку с листа бумаги в графический компьютерный файл, но и с помощью специального программного обеспечения распознать в прочитанном изображении текст и сохранить его в виде, пригодном для редактирования в текстовом формате.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные характеристики ЭВМ каждого поколения.

2. К какому поколению ЭВМ относится персональный компьютер на базе процессора Pentium?

3. Кто является автором традиционной (классической) архитектуры компьютера?

4. Назовите основные устройства компьютера и их функции.

Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов

 Компьютер как формальный исполнитель

 алгоритмов (программ)

К омпьютер – это многофункциональное электронное автоматическое устройство для накопления, обработки и передачи информации. На рисунке 2.1 приведена его структурная схема, где стрелками обозначено направление информационных потоков.

Работа компьютера имитирует информационную деятельность человека. Но компьютер – техническое устройство, поэтому для того, чтобы он выполнил определенные действия, им нужно управлять. Компьютер действует как автоматический формальный исполнитель алгоритмов обработки информации. Это главное свойство любого компьютера. Автоматизм в его работе означает, что некоторые свои действия он выполняет без вмешательства человека в соответствии со следующими общими принципами:

- двоичное кодирование информации;

- программное управление работой компьютера;

- хранимая (загружаемая) программа (идея фон Неймана – наряду с данными каждая команда программы размещается в памяти).

Рассмотрим, как в действительности происходит реализация этих принципов и осуществляется формальная автоматическая работа компьютера? Современный компьютер – это единство аппаратных средств (Hardware) и программного обеспечения (Software). Компьютерная программа – это закодированная информация о действиях, которые предписывается выполнять компьютеру, алгоритм для исполнения компьютером, записанный или на языке машинных двоичных кодов или на специальном языке программирования. Чтобы на компьютере можно было решать задачи – нужна совокупность программ – программное обеспечение.

Человек вводит с клавиатуры команды компьютерной программы, написанной им на языке программирования. Команды переводятся в машинный код благодаря программе-переводчику – транслятору с языка программирования на язык машинных кодов. Устройство управления (УУ) процессора воспринимает, считывая из памяти команду за командой, и затем организует их выполнение, используя соответствующие устройства компьютера. Эти устройства произведут действие, напечатают на бумаге, воспримут с клавиатуры, запишут на магнитный диск и т.д.

Для выполнения команд самим процессором в нем предусмотрено арифметико-логическое устройство (АЛУ). Выполнив одну команду, процессор переходит к следующей команде и так до тех пор, пока не встретит команду на окончание работы или команду, которую не сможет выполнить. Он не сможет выполнить команду, если она предназначается устройству, которое не подключено или отсутствует в его системе команд, или содержит синтаксическую ошибку.

Если программа составлена правильно, то компьютер выполнит ее за конечное число шагов и выдаст человеку результат решения задачи.

Выполнение команд осуществляется с помощью электронных схем, реализующих логические функции формальной булевой алгебры.

Человек не объясняет компьютеру свои цели и смысл каждой команды/программы. Очевидно, что компьютер и не сможет понять смысла совершаемых им действий. Более того, компьютер не обладает способностью к анализу результатов, например, относительно их соответствия постановке задачи. Компьютер не сможет обойтись без программы и исходных данных, подготовить которые под силу только человеку. Таким образом, и с этой точки зрения решение задачи компьютером – также формальное исполнение алгоритма ее решения, закодированного и хранимого вместе с данными в оперативной памяти. Поэтому нужно предусматривать точность в задании команд, поручаемых компьютеру для исполнения.