1.    
  2.    
  3.     Як працює ЕОМ

Як працює ЕОМ

Перш ніж розглядати архітектуру комп’ютера, треба зауважити, що до Електронних Обчислювальних Машин – ЕОМ можна віднести не тільки персональний комп’ютер, але і безліч пристроїв побутового призначення. Загальні ознаки, що видають заховану в пристрій мікро-ЕОМ видають наявність процесорного блоку, блоку пам’яті і пристроїв введення і виведення інформації.

В основу архітектури сучасних ПК покладені принципи модульності і принцип магістрального обміну інформацією. Модульність дозволяє користувачеві комплектувати потрібну йому конфігурацію самостійно, і робити при необхідності її модернізацію. Модульна організація комп’ютера спирається на магістральний (шинний) принцип обміну інформацією між пристроями.

Магістраль – взагалі кажучи, це та купа проводів і доріжок на платі, по якій передаються сигнали між пристроями – включає в себе три багаторозрядні шини: шину даних, шину адреси і шину управління. Шини – це багатопровідні лінії. Тобто, купа проводів розбита на купки поменше. Сенс в тому, що до кожної шини підключені всі пристрої одночасно. Як вони не заважають один одному? Вони “домовляються” між собою, які з них можуть користуватися шиною для передачі даних в кожен момент часу.

Кожне з пристроїв одномоментно може отримувати дані, або передавати їх або займатися своїми власними справами – тобто (крім процесора) перебувати в стані очікування.

Шина даних. По цій шині йдуть дані між різними пристроями. Наприклад, лічені з оперативної пам’яті дані можуть бути передані процесора для обробки. Нові дані після цього можуть бути переслані назад в оперативну пам’ять для зберігання.

Розрядність шини даних визначається розрядністю процесора. Розрядність – це кількість двійкових розрядів, які процесор обробляє за один такт. По мірі розвитку комп’ютерної техніки розрядність процесорів безперервно збільшується. У загальному випадку, розрядність процесора вимагає такої ж розрядності від пристроїв зберігання даних.

Процесор, з самого включення працює безперервно. Він влаштований так, що повинен або зчитувати дані, або видавати їх або проводити дії з отриманими. Якщо раптом вам здасться, що комп’ютер в якийсь момент нічого не робить, то знайте, що це не так – процесор в цей момент “крутить нескінченний цикл”, безперервно опитуючи пристрої введення, чи не з’явилося там чого.

Шина адреси.Всі пристрої, в тому числі і всі комірки пам’яті, яких у сучасному комп’ютері вже навіть не мільйони, а більше, підключені до шини даних. Як розібратися, в яку комірку, наприклад, в даний момент повинні бути записані значення, передані по шині? Вибір пристрою або комірки пам’яті, куди пересилаються або звідки зчитуються дані по шині даних, виробляє процесор. Кожне пристрій або клітинка оперативної пам’яті має свій унікальний адресу. Адреса передається по адресній шині, причому сигнали по ній передаються виключно в одному напрямку від процесора до оперативної пам’яті і пристроїв. Така організація шини називається односпрямованої.

Очевидно, що розрядність шини адреси визначає адресний простір процесора, тобто кількість комірок оперативної пам’яті, які можуть мати унікальні адреси. Кількість адресованих комірок пам’яті можна розрахувати за формулою: N =2n, де n — розрядність шини адреси.

Розрядність шини адреси постійно збільшувалася і в сучасних персональних комп’ютерах складає 32 біт. Таким чином, максимально можлива кількість адресованих комірок пам’яті дорівнює: N = 232 = 4 294 967 296, тобто 4 Гігабайти!

Шина управління. По шині управління передаються сигнали, що визначають характер обміну інформацією по магістралі. Сигнали управління визначають яку операцію зчитування або запису інформації з пам’яті потрібно виробляти, синхронізують обмін інформацією між пристроями і т. д.

В основі архітектури більшості сучасних моделей комп’ютерів покладені загальні принципи, сформульовані в 1945 р. американським вченим Джоном фон Нейманом.

Принцип програмного керування. Програма складається з набору команд, які виконуються процесором автоматично в певній послідовності. Вибірка програми з пам’яті здійснюється за допомогою лічильника команд. Цей регістр процесора послідовно збільшує зберігається в ньому адреса чергової команди на довжину команди. А так як команди програми розташовані в пам’яті один за одним, то тим самим організується вибірка ланцюжка команд з послідовно розташованих осередків пам’яті. Якщо ж потрібно після виконання команди не перейти до наступної, а до якоїсь іншої, використовуються команди умовного або безумовного переходу, які заносять в лічильник команд номер комірки пам’яті, яка містить наступну команду. Вибірка команд із пам’яті припиняється після досягнення і виконання команди «стоп».

Таким чином, процесор виконує програму автоматично, без втручання людини.

Принцип однорідності пам’яті. Програми і дані зберігаються в одних і тих же осередках пам’яті, тому комп’ютер не розрізняє, що зберігається в даній комірці — число, текст або команда. Над кодами команд можна виконувати такі ж дії, як і над даними. Тому, програми можуть зберігатися на жорсткому диску у вигляді файлів, бути прочитані в оперативну пам’ять і виконані в будь-який момент.

Принцип однорідності пам’яті відкриває цілий ряд можливостей. Наприклад, програма в процесі свого виконання також може піддаватися переробці, що дозволяє задавати в самій програмі правила отримання деяких її частин (так в програмі організується виконання циклів і підпрограм).

Більш того, команди однієї програми можуть бути отримані як результати виконання іншої програми. На цьому принципі засновані методи трансляції — перекладу тексту програми з мови програмування високого рівня на мову конкретної машини.

Дуже витончений у використанні однорідності пам’яті вірусописьменники. Деякі віруси, щоб не бути обнаружеными антивірусом по ділянки свого коду, розшифровують його по мірі виконання. Такі віруси звуться поліморфними, і заслуговують написання окремої статті.

Принцип адресності. Структурно основна пам’ять складається з перенумерованных осередків. Процесору в довільний момент часу доступна будь-яка комірка. Звідси випливає можливість давати імена областях пам’яті так, щоб до запам’ятовані в них значень можна було згодом звертатися або змінювати їх в процесі виконання програм з використанням присвоєних імен.

09.12.2016

Написати коментар