Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер

Компьютер - это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, обработки, хранения и транспортировки данных. Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Архитектура ЭВМ - общее описание структуры и функций ЭВМ, ее ресурсов.

В это описание входит:

- общая конфигурация основных устройств;

- основные возможности и характеристики устройств;

- способы взаимосвязи основных устройств компьютера.

Ресурсы ЭВМ - средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. К ресурсам ЭВМ традиционно относят объем доступной памяти, процессорное время и др. К центральным (системным) устройствам компьютера относят, прежде всего, центральный процессор, оперативную память, системную магистраль.

Периферийными устройствами компьютера являются: дисплей, клавиатура, манипуляторы - мышь, джойстик, световое перо и т.п., винчестер, дисководы для гибких и компакт-дисков, принтер, плоттер, сканер, модем и пр.

Порт - устройство, через которое периферийные устройства подключаются к системной магистрали.

При разработке принципов архитектуры компьютеров широко используется идея о разделении отдельных операций процесса решения задачи (процесса вычислений) между отдельными "специализированными" устройствами.

Когда Чарльз Бэббидж разрабатывал аналитическую счетную машину в 1830-х гг. он предположил, что для успешной работы необходимы как минимум следующие устройства:

- устройство для обработки данных, в котором непосредственно осуществляются вычисления ("мельница");

- устройство для хранения данных ("склад");

- устройство для управления процессом вычислений ("контора").

Разработке Бэббиджа не суждено было воплотиться в действующей модели, но идеи о разделении отдельных операций процесса вычислений между отдельными "специализированными" устройствами получили дальнейшее развитие в принципах архитектуры компьютеров, традиционно называемых принципами фон Неймана (1940-е гг.). Эти принципы таковы:

- принцип программного управления - все устройства работают под управлением программ. Программы состоят из отдельных шагов - команд. Последовательность команд и является программой;

- принцип условного перехода - существует возможность менять последовательность вычислений в зависимости от полученных промежуточных результатов;

- принцип хранимой программы - программы и данные к ним хранятся в одной той же памяти. Команды представляются в числовой форме и хранятся в том же ОЗУ, что и данные для вычислений. Таким образом, команды можно посылать в арифметическое устройство и преобразовывать как обычные числа. Это позволяет создавать программы, способные в процессе вычислений изменять сами себя;

- принцип иерархичности запоминающих устройств - память делится на оперативную (быстрая, небольшого размера) и долговременную (большую, а потому медленную). Наиболее часто используемые данные хранятся в быстром ЗУ сравнительно малой емкости, а более редко используемые в медленном, но гораздо большей емкости;

- принцип двоичного кодирования - вся информация в компьютере хранится и обрабатывается в двоичном коде.

В современных компьютерах блоки УУ и АЛУ объединены в блок, называемый процессором. В состав процессора, кроме указанных блоков, входят также несколько регистров - специальных небольших областей памяти, куда процессор помещает промежуточные результаты и некоторую другую информацию, необходимую ему в ближайшие такты работы.

Структура компьютера основана на общих логических принципах, позволяющих выделить следующие устройства:

- память, состоящую из пронумерованных ячеек (ОЗУ и ПЗУ);

- процессор, включающий в себя арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления (УУ). Та часть процессора, которая выполняет команды, называется АЛУ, другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется УУ. Обычно эти 2 устройства выделяются условно, конструктивно они не разделены;

- устройство ввода;

- устройство вывода.

Основу персональных компьютеров составляет находящаяся в системном блоке системная ("материнская") плата, на которой размещены системные (центральные) устройства компьютера - процессор и память (оперативная и постоянная), соединенные между собой системной шиной (информационной магистралью), к которой подсоединяются контроллеры всех периферийных устройств, подключаемых к компьютеру.

Примечание. БР - блок регистров; ОЗУ - оперативное запоминающее устройство; ПЗУ - постоянное запоминающее устройство; НЖМД - накопитель на жестком магнитном диске; НГМД - накопитель на гибком магнитном диске; НОД - накопитель на оптическом диске; ГТИ - генератор тактовых импульсов.

Периферийными считаются и клавиатура, и монитор, и винчестер, и дисководы, и модем, и манипуляторы, и сканер, и видеокамера, и т.д. Дополнительные устройства, позволяющие пользователю компьютера слушать музыку, смотреть видеоролики, работать в сети и т.д., подключаются через специальные платы расширения. Невозможна работа компьютера и без таких вспомогательных (с точки зрения процесса обработки информации) устройств, как блок питания, система охлаждения и пр.

Существует несколько разновидностей памяти: оперативная, постоянная, внешняя, кэш, CMOS, регистровая.

Регистровая память представляет собой блок регистров, размещенный внутри процессора. На рисунке показана только кэш-память первого уровня, которую обозначают символами L1. Кэш-память второго уровня (обозначается символами L2) располагается на материнской памяти. Кэш-память третьего уровня (обозначается символами L3) выполняется на быстродействующих микросхемах и размещается на материнской памяти вблизи процессора. Для непрерывной работы CMOS-памяти на материнской плате устанавливается малогабаритный аккумулятор или батарея питания.