Структура ЭВМ по фон Нейману. Принципы фон Неймана

Первым теоретиком, сформулировавшим основы построения ЭВМ, был знаменитый математик Д. фон Нейман. В 1945 году он подготовил доклад, в котором ясно и просто описал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств. Эти принципы используются до сих пор, они определяют структуру ЭВМ любого поколения. По мнению фон Неймана, ЭВМ состоит из:

1) Арифметико-логического устройства (АЛУ), предназначенного для выполнения арифметических и логических операций;

2) Устройства управления (УУ), организующего процесс выполнение программы;

3) Оперативно запоминающего устройства (ОЗУ), для хранения исходных данных и программ;

4) Внешнего устройства для ввода и вывода информации.

Рисунок: Стрелки указаны пути прохождения информации и управляющего сигнала. ОЗУ состоит из пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываться данные либо команды программы. Номер ячейки

называется адресом ячейки. Ячейка состоит из разрядов. В современных ЭВМ минимальной адресуемой единицей памяти служит 8 разрядная ячейка памяти – байт. Более крупные ячейки: 2-байтовые – полуслово, 4 – байтовые - слово, 8 – байтовые – двойное слово.

Первый принцип фон Неймана гласит, что все ячейки ОЗУ должны быть одинаково доступны для всех других устройств компьютера, т.е. время доступа для чтения или записи информации должно быть одинаково для всех ячеек памяти и не зависит от момента доступа. Этот принцип называют принципом произвольного доступа к основной памяти.

Второй принцип фон Неймана – принцип хранимой программы. Он гласит: программа, предназначенная для решения поставленной задачи, вводится в ОЗУ с внешнего устройства, и храниться в ней наряду с обрабатываемыми данными. Программа выполняется автоматически по сигналу из устройства управления. Этот принцип делает ЭВМ универсальным средством обработки информации, поскольку для решения новой задачи нужно ввести в память новую программу и соответствующие данные, а не перемонтировать электрические цепи, что делали в машине ENIAC.

Д. фон Нейман сформулировал и другие принципы работы ЭВМ. Например, дублирование важнейших электрических цепей и важнейших электрических цепей и важнейшей информации. Но именно выше описанные два принципа определяют архитектуру ЭВМ.