Принципи Джона фон Неймана
В
1944 року фон Нейман та економіст О.Моргенштерн написали книгу «Теорія ігор та економічна поведінка». Ця книга містить не лише математичну теорію ігор, а й її застосування до економічних, військових та інших наук. Джон фон Нейман був направлений до групи розробників ENIAC консультантом з математичних питань, з якими ця група зустрілася.
1946 року разом із Г.Гольдстейном та А.Берксом він написав і випустив звіт «Попереднє обговорення логічної конструкції електронної обчислювальної машини». Оскільки ім'я фон Неймана як видатного фізика та математика було вже добре відоме у широких наукових колах, усі висловлені положення у звіті приписувалися йому. Більше того, архітектура перших двох поколінь ЕОМ із послідовним виконанням команд у програмі отримала назву «фон Неймановської архітектури ЕОМ».
1. Принцип програмного управління
Цей принцип забезпечує автоматизацію процесів обчислень на ЕОМ.
2. Принцип однорідності пам'яті
Відсутність принципової різниці між програмою та даними дала можливість ЕОМ самій формувати собі програму відповідно до результатом обчислень.
Програми та дані зберігаються в одній і тій же пам'яті. Тому комп'ютер не розрізняє, що зберігається в цій клітинці пам'яті - число, текст або команда. Над командами можна виконувати такі самі дії, як і над даними. Цевідкриває цілу низку можливостей. Наприклад, програма в процесі свого виконання також може перероблятися, що дозволяє задавати в самій програмі правила отримання деяких її частин (так у програмі організується виконання циклів і підпрограм). Більше того, команди однієї програми можуть бути отримані як результати виконання іншої програми. На цьому принципі засновані методи трансляції - переклад тексту програми з мови програмування високого рівня на мову конкретної машини.
Структурно основна пам'ять складається з перенумерованих осередків. Процесору в довільний момент часу доступна будь-яка комірка. Звідси можна давати імена областям пам'яті, щоб до запам'ятованим у яких значенням можна було згодом звертатися чи змінювати в процесі виконання програм з допомогою присвоєних імен.
Фон Нейман описав, яким має бути комп'ютер, щоб він був універсальним та зручним засобом для обробки інформації. Він насамперед повинен мати такі пристрої:
- Арифметично-логічний пристрій, який виконує арифметичні та логічні операції
- Пристрій управління, який організує процес виконання програм
- Пристрій для зберігання програм і даних
- Зовнішні пристрої для введення-виведення інформації.
Комп'ютери, побудовані цих принципах, відносять до типу фон-неймановских.
На сьогоднішній день це переважна більшість комп'ютерів, у тому числі IBM PC – сумісні. Але є й комп'ютерні системи з іншою архітектурою – наприклад, системи для паралельних обчислень.
Магістрально-модульний принцип побудови ЕОМ
Під архітектурою комп'ютера розуміється його логічнаорганізація, структура, ресурси, т. е. кошти обчислювальної системи. Архітектура сучасних ПК базується на магістрально-модульному принципі.
Підключення окремих модулів комп'ютера до магістралі фізично здійснюється з допомогою контролерів, але в програмному забезпечується драйверами. Контролер приймає сигнал від процесора та дешифрує його, щоб відповідний пристрій зміг прийняти цей сигнал та відреагувати на нього. За реакцію пристрою процесор не відповідає – це функція контролера. Тому зовнішні пристрої ЕОМ замінюються, і набір таких модулів довільний.
Розрядність шини даних визначається розрядністю процесора, тобто кількістю двійкових розрядів, які процесор обробляє за один такт.
Дані по шині даних можуть передаватися як від процесора до якогось пристрою, так і у зворотний бік, тобто шина даних є двоспрямованою. До основних режимів роботи процесора з використанням шини передачі даних можна віднести наступні: запис/читання даних з оперативної пам'яті та зовнішніх пристроїв, читання даних з пристроїв введення, пересилання даних на пристрої виведення.
По шині управління передаються сигнали, що визначають характер обміну інформацією, і сигнали, що синхронізують взаємодію пристроїв, що беруть участь в обміні інформацією.
Зовнішні пристрої до шин підключаються за допомогою інтерфейсу. Під інтерфейсом розуміють сукупність різних характеристик будь-якого периферійного пристрою ПК, що визначають організацію обміну інформацією між ним і центральним процесором. У разі несумісності інтерфейсів (наприклад, інтерфейс системної шини та інтерфейс вінчестера) використовують контролери.
Щоб пристрої, що входять до складу комп'ютера,могли взаємодіяти з центральним процесором, в IBM-сумісних комп'ютерах передбачено систему переривань (Interrupts). Система переривань дозволяє комп'ютеру призупинити поточну дію і перейти на інші у відповідь на запит, наприклад, натискання клавіші на клавіатурі. Адже з одного боку, бажано, щоб комп'ютер був зайнятий покладеною на нього роботою, а з іншого - необхідна його миттєва реакція на запит, що потребує уваги. Переривання забезпечують негайну реакцію системи.
Прогрес комп'ютерних технологій іде семимильними кроками. Щороку з'являються нові процесори, плати, накопичувачі та інші периферійні пристрої. Зростання потенційних можливостей ПК та поява нових більш продуктивних компонентів неминуче викликає бажання модернізувати свій комп'ютер. Проте не можна повною мірою оцінити нові досягнення комп'ютерної технології без порівняння з існуючими стандартами.
Розробка нового в області ПК завжди базується на старих стандартах та принципах. Тому знання їх є основним чинником (або проти) вибору нової системи.
До складу ЕОМ входять такі компоненти:
- центральний процесор (CPU);
- оперативна пам'ять (memory);
- пристрої зберігання інформації (storage devices);
- пристрої введення (input devices);
- пристрої виведення (output devices);
- пристрої зв'язку (communication devices).