Архитектура ЭВМ

Реферат по информатике на тему: «Архитектура ЭВМ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Схематические изображения, представленные на этих двух картинках, помогают понять внутреннее устройство и принципы действия типового персонального компьютера, однако, по существу, данные элементы характерны для любой вычислительной системы. Например, клавиатура - самое распространенное устройство для ввода в машину данных и программ, телевизионный дисплей и принтер - стандартные устройства вывода информации. Большинство систем содержат также устройства, аналогичные накопителю на магнитных дисках, в котором записывается информация, предназначенная для длительного хранения, и размещается дополнительное программное обеспечение, не умещающееся в оперативной памяти компьютера. Все эти внешние устройства подключаются к системному блоку компьютера. 

     Основная системная плата содержит центральное процессорное устройство (ЦПУ) - микропроцессор, управляющий работой всех компонентов компьютера. Каждая инструкция сначала анализируется центральным (а иногда и вспомогательным) процессором, после чего исполняется. Важной частью системной платы является кварцевый генератор тактовых импульсов, своеобразные «часы» системы, координирующие и синхронизирующие работу множества электрических цепей компьютера. При включении машины под действием электрического тока кварцевый кристалл, имеющий строго определенные размеры, начинает вибрировать с постоянной частотой, достигающей в ряде случаев миллионов колебаний в секунду. При каждом колебании кристалл генерирует импульс напряжения. Эти регулярно повторяющиеся импульсы вместе с другими сигналами задают темп работы устройств и обеспечивают синхронное срабатывание различных электронных элементов. 

     На системной плате имеются также порты для связи с устройствами ввода-вывода, а также микросхемы двух типов внутренней памяти: постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), служащего лишь для считывания данных, или оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), используемого как для считывания, так и для записи информации. (Эта память называется также запоминающим устройством с произвольной выборкой, ЗУПВ, но на практике чаще используется термин ОЗУ.) ПЗУ содержит инструкции, которые не подлежат изменению. ОЗУ хранит программы и данные только до тех пор, пока не отключается питание. Пользователь может свободно стирать и записывать данные в ОЗУ, но при отключении питания вся хранящаяся там информация пропадает. 

     Каждая микросхема памяти содержит информацию в форме двоичных разрядов (битов), закодированных в виде электрических зарядов. Эта заряды хранятся в определенных ячейках, т. е. распределены в микросхемах по определенным адресам. Адрес также выражается в двоичном виде. Центральный процессор генерирует последовательность электрических импульсов, определяющих конкретный адрес в памяти; информация, найденная по этому адресу (она также закодирована в виде импульсов), поступает в процессор для обработки. Коды адресов передаются по параллельным проводящим линиям, образующим в совокупности адресную шину. Информация передается в центральный процессор по параллельным линиям шины данных. Дешифратор адреса и специальный набор переключателей (на них зафиксированы некоторые важные адреса) помогают направлять электрические импульсы по назначению.  

     При включении компьютера электрические сигналы проходят через всю систему, жестко предопределяя последовательность действий. Кварцевый генератор тактовых импульсов посылает сигналы во все схемы компьютера с частотой порядка нескольких миллионов импульсов в секунду. Эти импульсы (не зависимые от других управляющих сигналов машины) точно синхронизируют каждое действие. На первом же такте сигнал сброса автоматически очищает все внутренние ячейки центрального процессора для временного хранения данных (регистры) от случайных зарядов, возникших при скачках напряжения или оставшихся от предшествующей работы машины. При очищении специального регистра процессора, называемого программным счетчиком, его содержимое становится равным нулю. 

     Теперь машина готова к процессу, называемому начальной загрузкой, который протекает в несколько этапов. При следующем тактовом импульсе в программный счетчик заносится адрес, подготовленный еще при конструировании компьютера. Адрес обычно устанавливается при помощи набора ручных переключателей. Адрес - серия высоких и низких уровней напряжения (на рисунке представлена в виде двоичных разрядов 11110010) - указывает ячейку ПЗУ, в которой записана первая инструкция программы начальной загрузки. (На рисунке показан адрес, состоящий всего из 8 бит, в действительности же у большинства микрокомпьютеров адрес содержит 16-20 бит.) 

     Программы начальной загрузки различны у разных машин. Иногда компьютер сразу же обращается к внешней памяти, накопителю на магнитных дисках, и следует записанным там инструкциям. В рассматриваемой здесь системе компьютер начинает с проверки внутренних компонентов схем. 

     Центральный процессор выполняет программу начальной проверки, совершая тысячи мелких шагов; в данном случае каждый шаг заключается в обработке байта данных. Этот байт может представлять собой часть адреса, код инструкции или элемент данных, найденный по определенному адресу (скажем, цифру или букву алфавита). Байт - это набор сигналов с высоким или низким уровнем напряжения, которые передаются либо по адресной шине (желтая полоса), либо по шине данных (красная).