В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского происхождения ДЖОНОМ фон НЕЙМАНОМ.
Принцип двоичного кодирования
Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.
Принцип программного управления
Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Принцип однородности памяти
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранитсяв данной ячейке памяти - чисчло, текст или команда. Над командами можно выполнять такие жедействия, как и над данными.
Принцип адресности
Структурно основная память состоит из пронумерованных 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 бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения прграммы с использованием присвоенных имен.
Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков:
* Устройства ввода/вывода информации
* Память компьютера
* Процессор, состоящий из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ)
Машины, построенные на этих принципах, называются ФОН-НЕЙМАНОВСКИМИ.
Можно и по-другому сформулировать Принципы Джон фон Неймана:
1) принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности) ;
2) принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти) ;
3) принцип адресности (ОП состоит из пронумерованных ячеек и процессору в любой момент времени доступна любая ячейка)
Архитектура ЭВМ, построенной на принципах фон Неймана. Сплошные линии со стрелками указывают направление потоков информации, пунктирные – управляющих сигналов от процессора к остальными узлам ЭВМРазработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальными, что получили в литературе название “фон-неймановской архитектуры”. Подавляющее большинство вычислительных машин на сегодняшний день – фон-неймановские машины. Исключение составляют лишь отдельные разновидности систем для параллельных вычислений, в которых отсутствует счетчик команд, не реализована классическая концепция переменной и имеются другие существенные принципиальные отличия от классической модели (примерами могут служить потоковая и редукционная вычислительные машины) .
Компью́тер (англ. computer, от лат. computo — считаю), машина для приема, переработки, хранения и выдачи информации в электронном виде, которая может воспринимать и выполнять сложные последовательности вычислительных операций по заданной инструкции — программе .
С начала 1990-х годов термин «компьютер» вытеснил термин «электронная вычислительная машина» (ЭВМ), которое, в свою очередь, в 1960-х годах заменило понятие «цифровая вычислительная машина» (ЦВМ). Все эти три термина в русском языке считаются равнозначными. Само слово «компьютер» является транскрипцией английского слова computer, что означает вычислитель. Английское понятие «computer» гораздо шире, чем понятие «компьютер» в русском языке. В английском языке компьютером называют любое устройство, способное производить математические расчеты, вплоть до логарифмической линейки, но чаще в это понятие объединяют все типы вычислительных машин, как аналоговые (смотри Аналоговые вычислительные машины), так и цифровые.
Хотя компьютеры создавались для численных расчетов, оказалось, что они могут обрабатывать и другие виды информации, так как практически все виды информации могут быть представлены в цифровой форме. Для обработки различной информации компьютеры снабжаются средствами для ее преобразования в цифровую форму и обратно. Поэтому с помощью компьютера можно производить не только численные расчеты, но и работать с текстами, рисунками, фотографиями, видео, звуком, управлять производством и транспортом, осуществлять различные виды связи. Компьютеры превратились в универсальные средства для обработки всех видов информации, используемых человеком.
При создании первых вычислительных машин в 1945 математик Джон фон Нейман описал основы конструкции компьютера. Согласно принципам фон Неймана, компьютер должен иметь следующие устройства:
Арифметическо-логическое устройство — для непосредственного осуществления вычислений и логических операций.
Устройство управления — для организации процесса управления программ.
Запоминающее устройство (память) — для хранения программ и информации.
Подавляющее большинство компьютеров в своих основных чертах соответствует принципам фон Неймана, но схема устройства современных компьютеров несколько отличается от классической схемы. В частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в центральный процессор. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах.
Компьютерная информация хранится в электронном виде в различных запоминающих устройствах, которые называют компьютерной памятью. Для долговременного хранения информации используются постоянные носители компьютерной памяти, которые служат при вводе данных в компьютер и при выводе результатов его работы. Для хранения выполняемых в данный момент программ и промежуточных данных используется оперативная память компьютера, которая работает значительно быстрее постоянных носителей памяти.
В компьютерах используется двоичная система счисления, которая основана на двух цифрах,«0» и «1». Информация любого типа может быть закодирована с использованием двух цифр и помещена в оперативную или постоянную память компьютера. Использование двоичной системы счисления позволяет сделать устройство компьютера максимально простым. Впервые принцип двоичного счисления был сформулирован в 17 веке немецким математиком Готфридом Лейбницем.
Для обозначения двоичных цифр применяется термин бит — сокращение английского словосочетания «двоичная цифра» (binary digit — bit). Для передачи и хранения информации применяют восьмибитовые коды — байты (byte). Существует 256 восьмибитовых чисел. Этого достаточно для кодирования всех заглавных и строчных букв национальных алфавитов, цифр, знаков препинания, символов и служебных кодов, используемых при передаче информации.
В байтах измеряют количество информации. В одном байте достаточно информации для представления одной буквы алфавита или двух десятичных цифр. Килобайт (Кбайт) равен 210 байт = 1024 байтам, мегабайт (1 Мбайт = 1024 Кбайт = 1048576 байт), гигабайт (1 Гбайт = 1024 Мбайт = 1073741824 байт). Современные носители информации имеют емкость до нескольких гигабайт.
Работа компьютера обеспечивается, с одной стороны, аппаратными устройствами, а с другой — программами. Аппаратное обеспечение включает в себя внутренние компоненты (прежде всего интегральные микросхемы, в том числе процессоры, а также системные и интерфейсные платы) и внешние устройства (мониторы, принтеры, модемы, акустические системы). Компьютерные программы подразделяются на три категории:
Прикладные программы, которые непосредственно выполняют необходимые пользователю компьютера работы (редактирование текстов, обработка информационных массивов, просмотр видео, пересылка сообщений).
Системные программы, особую роль среди которых играет операционная система — программа, управляющая компьютером, запускающая другие программы и выполняющая сервисные функции при работе компьютера. Другие сервисные программы обычно выполняют различные вспомогательные функции — создают резервные копии используемой информации, проверяют работоспособность устройств компьютеров.
Инструментальные программы (системы программирования), которые помогают создавать новые программы для компьютера.
