Принципы Джона фон Неймана представлены на рис. 2.

Рис. 2. Принципы Джона фон Неймана

2.4. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

2.4.1. ПРИНЦИП ОТКРЫТОЙ АРХИТЕКТУРЫ

Принцип открытой архитектуры гласит, что компьютеры собираются из комплектующих, созданных в соответствии с определенными стандартами. Данные стандарты опубликованы и информационно доступны. При этом пользователь имеет возможность самостоятельно вставлять в ПК платы самых разных фирм - производителей и адаптировать свой персональный компьютер к требуемой деятельности.

До появления персональных компьютеров IBM PC все другие модели были основаны на принципе «закрытой архитектуры», т.е. все аппаратные средства были для конечного пользователя «вещью в себе». После того, как заканчивалась сборка аппарата, он «был обречен на необратимое старение». Если с производства снималась хоть одна деталь, систему можно было выбрасывать.

То, что IBM PC стали стандартом персональных машин связано с его очень удачной конструкцией. Компьютеры IBM могут быть созданы из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. Если работа любой детали вас не устраивает, ее вынимают и заменяют другой. Ранее, если какая- нибудь деталь снималась с производства, надо было выбрасывать весь прибор. Для IBM PC есть десятки предложений по замене. Компьютеры IBM PC созданы в соответствие с принципом открытой архитектуры.

Достоинства принципа открытой архитектуры можно рассмотреть на следующем примере: пусть у нас есть простой монофонический плеер. Мы покупаем и вставляем в него устройство для записи звука. В результате получаем монофонический магнитофон. Добавляем вторую колонку и слушаем стерео. Подключаем FM тюнер и получаем магнитолу. Далее осталось сделать еще один шаг, и в результате вместо старого плеера мы имеем - двух кассетную стерео магнитолу. Просто в дополнение к прежним деталям мы докупили несколько новых и соединили их вместе. К сожалению, на практике с магнитофонами данный подход не работает, но с компьютерами все обстоит намного лучше. [2]

На основной электронной плате компьютера (системной, или материнской) размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие всеми другими устройствами компьютера - монитором, дисками и т.д., реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате.

При таком подходе фирмы IBM к разработке компьютеров другие фирмы получили возможность разрабатывать различные дополнительные устройства, а пользователи - самостоятельно модернизировать и расширять возможности компьютеров по своему усмотрению.

Сейчас многие фирмы производят IBM- совместимые компьютеры и комплектующие к ним (желтая сборка, белая сборка, красная сборка).

Основные блоки

Обычно персональный компьютер состоит из трех частей:

- системный блок;

- клавиатура;

- дисплей.

В системном блоке располагаются

- электронные схемы (микропроцессор, ОП, контроллеры устройств);

- блок питания (преобразует напряжение сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на эл. схемы);

- НГМД (дисководы);

- НЖМД (винчестер).

Дополнительное оборудование

К системному блоку можно подключать дополнительные устройства ввода-вывода информации чрез специальные гнезда (разъемы) на задней стенке компьютера.

- принтер;

- мышь;

- сканер;

- графопостроитель;

- CD-ROM;

- модем;

- факс-модем;

- аудиоплата и т.д.

Логическое устройство

- Микропроцессор (мозг компьютера. Производит все вычисления и обработку информацию)

- Сопроцессор;

- оперативная память;

- контроллеры и шина (обмен информацией между ОП и внешними устройствами (ВУ). Такой обмен называется вводом-выводом);

Для каждого ВУ в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером.

Все контроллеры взаимодействуют с МП и ОП через системную магистраль по передаче данных, называемую шиной.

- электронные платы (на материнской плате - МП, сопроцессор, ОП, шина);

- контроллеры портов ввода-вывода

- параллельные LPT1-LPT4 (принтеры) - быстрее, больше проводов в кабеле.

- асинхронные последовательные COM1-COM3 (мышь, модем)

- игровой порт (джойстик). [3]

2.4.2. ПРИНЦИПЫ ДЖОНА ФОН НЕЙМАНА [1]

В 1945 году знаменитый математик Джон фон Нейман подготовил доклад о машине, которая могла бы хранить программу в своей памяти. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров. Первый компьютер, в котором были воплощены эти принципы, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с принципами фон Неймана. [4]

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).

Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без “счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими. [1]

2.5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись, но ещё десять лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер — они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер. А теперь в каждом третьем доме есть компьютер, который уже глубоко вошёл в жизнь самих обитателей дома. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются. Этому в значительной степени способствует распространение персональных ЭВМ, и особенно микроЭВМ. За время, прошедшее с 50-х годов, цифровая ЭВМ превратилась из “волшебного”, но при этом дорогого, уникального и перегретого нагромождения электронных ламп, проводов и магнитных сердечников в небольшую по размерам машину - персональный компьютер, состоящий из миллионов крошечных полупроводниковых приборов, которые упакованы в небольшие пластмассовые коробочки.