Общие принципы работы ЭВМ

Основные функции любого компьютера — ввод, хранение, обработка и вывод данных.

Общие принципы работы электронных вычислительных машин сформулированы учеными Ч. Бэббиджем и Дж. фон Нейманом. Согласно этим принципам, любую ЭВМ образуют три главных компонента, показанных на рис. 1.

Информация, с которой работает ЭВМ, всегда представлена в двоичном коде и делится на два принципиально разных типа (идея Ч. Бэббиджа):

— набор команд по обработке (программа);

— данные, обрабатываемые программой.

Руководит обработкой процессор (от английского «process» ~ обрабатывать), который в свою очередь состоит из двух бло ков: устройства управления и арифметико-логического устройства.

Команды и данные вводятся в оперативную память машины — электронное устройство с очень коротким временем доступа. Согласно принципу фон Неймана, адресное пространство памяти является линейным (последовательным) и машинные команды неотличимы от данных. Устройство управления процессора выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство проводит арифметические и логические операции над данными.

С процессором и ОЗУ связаны внешние устройства: клавиатура, дисплей, магнитные диски, принтеры и т. д. Именно эти устройства обеспечивают ввод, вывод и долговременное хранение информации.

Рис. 1. Принципиальная схема ЭВМ

Компьютерная технология предлагает принципиально иной подход, чем существовавшие ранее — дискретное (цифровое) представление информации. Как и люди при письменном общении, компьютер тоже пользуется знаковой системой, но состоит она всего из двух цифр двоичной системы счисления: 1 и 0. Двоичная единица информации, численно равная количеству информации с двумя взаимоисключающими исходами, называется битом (от английских слов Binary digiT — двоичная цифра; кроме того, по-английски «bit» — кусочек). Бит — наименьшая единица измерения количества информации, известная в природе. С помощью набора значений бита (0 и 1) можно представить любой знак и любое число.

Все команды и все данные в компьютере представлены комбинациями цифр 0 и 1. В зависимости от типа команды, компьютер может воспринимать ту или иную комбинацию значений битов (представленную одним, несколькими байтами или даже частью байта) и как знак (буква, запятая и т. д.), и как число, и как некое условное обозначение, и как другую команду.

В целом, все без исключения виды информации — текст, графика, звук, видео — в компьютерной технологии отображаются конечными наборами двух цифр: 1 и 0.

Слова Hardware и software отражают единство двух составляющих информационной технологии — аппаратного (hardware) и программного (software) обеспечения.

Аппаратное обеспечение — это прежде всего компьютеры, которые вы видите на столах в классе, в кабинетах и офисах, иногда у себя дома. В нашем курсе мы изучаем персональный компьютер типа IBM PC, названный по имени американской компании, которая первой выпустила такие ПК (International Business Machines Personal Computer — ПК фирмы IBM). Именно эти машины по разным причинам получили массовое распространение в нашей стране, и почти всюду вам придется иметь дело с их основными аппаратными элементами — монитором (дисплеем), системным блоком, клавиатурой, принтером.

Персональные компьютеры могут работать с множеством дополнительных устройств, которые тоже относятся к аппаратуре - мышью, сканерами, приводами CD-ROM, графопостроителями, звуковыми колонками (громкоговорителями) и т. д.

ПК могут работать в сетях — локальных, региональных, мировых. Для этого требуется специальное сетевое и коммуникационное оборудование: сетевые платы, модемы, адаптеры, концентраторы, кабели, источники бесперебойного питания и многое другое.

Кроме того, существуют машины других классов, в том числе — более мощные, чем наши ПК. Например, во многих сферах, где требования к скорости расчетов, к объемам памяти особенно высоки (космос, оборона, метеорология и др.), используются большие ЭВМ и суперЭВМ (их английское название — mainframe).

Программное обеспечение — вторая равноправная часть информационной технологии. Без программ любая аппаратура — просто груда железа (многие так и называют аппаратную часть — «железом»).

Программы для ЭВМ делятся на два больших класса:

· системное программное обеспечение;

· прикладное программное обеспечение.

Системные программы управляют работой аппаратных средств и обеспечивают услугами нас и наши прикладные комплексы. В первую очередь — это операционные системы и дополняющие их программные модули (системные программы-«утилиты», драйверы периферийных устройств и т. п.).

К системному обеспечению часто относят и широкий круг программ, выполняющих разнообразные функции по обслуживанию нашего компьютерного хозяйства: знаменитые утилиты Нортона («лечение» и оптимизация дисков, восстановление случайно удаленной информации, поиск и многое другое), программы архивирования (сжатия) файлов, антивирусные средства, разнообразные диагностические модули и т. п.

На современных компьютерах большинство обслуживающих программ включено в состав графических операционных оболочек и систем.

С помощью прикладных программ мы решаем на компьютере конкретные задачи. Спектр прикладного обеспечения очень широк: от простых программ, составляемых начинающими для решения несложных вычислительных задач, до мощных профессиональных систем (например, издательских), научных комплексов, сложнейших систем массового обслуживания (например, резервирования мест на самолеты).

Компьютер — это только автомат, который начисто лишен знаний, опыта, воли и тем более интуиции. Его назначение — механически исполнять команды, подаваемые ему человеком — пользователем или программистом. На физическом уровне микропроцессор компьютера может выполнять над значениями битов только логические операции (конъюнкции, дизъюнкции и отрицания), а также операции сдвига. Однако в представлении пользователя интеллектуальные способности компьютера сводятся к умению выполнять только четыре действия арифметики и сравнивать числа по величине. Тем не менее, он обладает огромной электронной памятью и может запоминать информацию, представленную цепочками значений битов (байтов).

В целом же компьютер умеет феноменально быстро оперировать последовательностями электрических сигналов, представяющих некие числа и поступающих с клавиатуры, диска, по линиям связи, а затем, — по инструкциям программиста и

с помощью своих электронных схем, дисков, люминофоров, механических устройств, — оформлять результаты своих манипуляций на экране дисплея и бумаге принтера.

Аппаратные средства,  созданные с применением высоких технологий, в сочетании со множеством  «умных»  программ написанных человеком, — это и есть то, что делает возможности компьютерной техники почти неограниченными. Эти возможности трудно даже перечислить.