Основополагающие принципы устройства ЭВМ

Принципы Неймана-Лебедева

В каждой области науки и техники существуют фундаментальные идеи или принципы, определяющие на многие годы вперед ее содержание и направление развития.
В компьютерных науках роль таких фундаментальных идей сыграли принципы, сформулированные независимо друг от друга двумя крупнейшими учеными 20-го века - Джоном фон Нейманом и Сергеем Алексеевичем Лебедевым.

Принцип - исходное положение какой-нибудь теории, науки и пр.

Сформулированные в середине прошлого века, базовые принципы построения ЭВМ не утратили свою актуальность и в наши дни.
1. Состав основных компонентов ЭВМ.
2. Принцип двоичного кодирования.
3. Принцип однородности памяти.
4. Принцип адресности памяти.
5. Принцип иерархической организации памяти.
6. Принцип программного управления.

​Принципы Неймана-Лебедева

Состав компонентов

Процессор – информационный центр. Управляет всеми процессами и пропускает через себя все информационные потоки.

Составные блоки процессора:

• арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет обработку данных

• устройство управления (УУ) обеспечивает выполнение программы и организует согласованное взаимодействие всех узлов компьютера

Принцип двоичного кодирования

Вся информация, предназначенная для обработки на компьютере (числа, тексты, звуки, графика, видео), а также программы её обработки, представляются в виде двоичного кода.
Выбор двоичной системы счисления обусловлен:

• простотой выполнения арифметических операций в двоичной системе счисления

• «согласованностью» с булевой логикой

• простотой технической реализации

Принцип однородности памяти
Команды программ и данные хранятся в одной и той же памяти. Команды и данные отличаются только по способу использования. Это утверждение называют принципом однородности памяти.

​Принцип адресности ячеек
Команды и данные размещаются в единой памяти, состоящей из ячеек имеющих свои номера (адреса).

Принцип иерархичности памяти

Можно выделить два основных требования предъявляемых к памяти компьютера:

• объём памяти должен быть как можно больше

• время доступа к памяти должно быть как можно меньше

В современных компьютерах используются устройства

памяти нескольких уровней, основным характеристикам: времени доступа, сложности, объёму и стоимости.

Трудности физической реализации запоминающего устройства высокого быстродействия и большого объёма требуют иерархической организации памяти.

Принцип программного управления

Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности команд. представляют собой закодированные управляющие слова, в которых указывается:

• какое выполнить действие

• из каких ячеек считать операнды (данные, участвующие в операции)

• в какую ячейку записать результат операции

Принцип программного управления определяет общий механизм автоматического выполнения программы.