Вход

Дж.фон Нейман. Создание требований к структуре вычислительной машины. Воплощение идей Дж.фон Неймана в компьютерах.

Рекомендуемая категория для самостоятельной подготовки:
Реферат*
Код 355055
Дата создания 06 июля 2013
Страниц 22
Мы сможем обработать ваш заказ 23 мая в 12:00 [мск]
Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
610руб.
КУПИТЬ

Содержание

Введение
1.Джон фон Нейман
1.1 Биография
1.2. Джона фон Неймана - инициатор первого компьютерного проекта
2. Создание требований к структуре вычислительной машины
2.1. Принципы построения ЭВМ
2.2.Архитектура ЭВМ
3. Воплощение идей Дж. фон Неймана в компьютерах
3.1. Компьютеры первого поколения
Заключение
Список литературы

Введение

Дж.фон Нейман. Создание требований к структуре вычислительной машины. Воплощение идей Дж.фон Неймана в компьютерах.

Фрагмент работы для ознакомления

1. логика работы вычислительного устройства достаточно однозначно определяет его основные компоненты (компьютер должен иметь следующие устройства: арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции; устройство управления, которое организует процесс выполнения программ; запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных; внешние устройства для ввода-вывода информации);
2. принцип двоичного кодирования всей информации (любая информация (числовая, графическая, текстовая, звуковая) представляется в двоичной системе счисления);
3. принцип хранимой программы (команды программы и данные по форме представления одинаковы, следовательно, могут храниться в единой памяти);
4. принцип программного управления (суть этого принципа сводится к трем положениям: 1) любая работа выполняется компьютером по программе; 2) исполняемая программа находится в оперативной памяти; 3) программа выполняется автоматически);
5. принцип адресации памяти (считывание из памяти и запись в память производится только ячейками ("порциями") из определенного количества бит, все ячейки памяти пронумерованы, номер ячейки принято называть адресом);
6. принцип иерархической организации различных видов памяти (поскольку требования к объему и скорости считывания из памяти находятся в обратной зависимости, создать единую память, которая была бы достаточной и по объему и по быстродействию, невозможно – необходима иерархия нескольких разновидностей памяти, такая, что чем быстрее она работает, тем меньше ее объем);
7. принципы реализации машинной арифметики (заложены основы двоичной арифметики для ЭВМ; в качестве базовой операции используется сложение, остальные операции так или иначе сводятся к нему; описано, как реализовывать разветвляющиеся и циклические программы с помощью инструкций перехода и др.).
Принципиальное описание устройства и работы компьютера принято называть архитектурой ЭВМ. Идеи, изложенные в упомянутой выше статье, получили название "архитектура ЭВМ Дж. Фон Неймана" [5].
2.2. Архитектура ЭВМ
Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.
Архитектура фон Неймана (рис. 1) — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана (нем. von Neumann), подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.
Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)
Рис.1 – Архитектура фон Неймана
Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти
Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)
Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме
Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся  в одном и том же запоминающем устройстве
Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода.
Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы – требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.
Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.
Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.
Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.
Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.
Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК. 
ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.
В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер и т.д.
В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в устройстве управления [6,7,8].
3. Воплощение идей Дж. фон Неймана в компьютерах
3.1. Компьютеры первого поколения
После второй мировой войны Джон фон Нейман приступил к разработке собственного компьютера, основанного на современных ему идеях. Компьютер получил название IAS (Institute for Advanced Studies – компьютер Института перспективных исследований).
Фон Нейман описал, каким должен быть компьютер, чтобы он был универсальным и удобным средством для обработки информации.
Впервые машина была представлена в 1952 году в Принстоне (США).
Классический вариант этой машины (рис.2) по концепции Д. фон Неймана должна содержать блоки:
оперативную памяти,
арифметико-логическое устройство,
устройство управления,
устройства ввода-вывода
внешние запоминающие устройства.
Рис. 1 Структурная схема машины фон Неймана
Блок оперативной памяти. Оперативная память предназначена для хранения, как команд программы, так и данных. По концепции фон-Неймана принципиально важно, чтобы команды и данные в оперативной памяти были неразличимы. При этом, если код команды из оперативной памяти поступал на сумматор, то он интерпретировался, как данные, если код команды поступал на регистр команд, то он интерпретировался, как команда. Это было важно для возможности переадресации команд в цикле изменением команд на сумматоре. 
Но в современных ЭВМ коды программ и данных в оперативной памяти стараются различать, например, при помощи специальных битов в специальных структурных объектах, называемых дескрипторами сегментов. 
Блок устройства управления предназначен для формирования сигналов управления (микроопераций) для реализации выполнения команд программы.
Основными блоками устройства управления являлись: регистр указателя адреса очередной команды (счетчик команд), регистр команд, блок дешифрации команды, блоки формирования микроопераций, регистр состояния (программы).
Команды на устройства управления поступают из оперативной памяти на регистр команд по шинам передачи команд (на рис. 2 обозначены двойным пунктиром). Циклы выборки команд управляются не командами, а наборами микроопераций, реализованные аппаратно (прошиты в памяти микропрограмм).
Управление АЛУ и другими устройствами осуществляется формированием серий микроопераций согласно командам на все программно управляемые устройства (память, АЛУ, устройства ввода/вывода и т.д.). На рис. 2 линии передачи сигналов управления (микроопераций) обозначены одиночными пунктирными линиями. 
После выполнения каждой команды признаки результатов и, возможно, сигналы прерываний при внештатных ситуациях во время выполнения команды посылаются от АЛУ в устройства управления (на регистр состояния программы). 
Коды условий используются для реализаций ветвлений, включая циклы. На рис.2 линии передачи кодов условий и сигналов прерывания обозначены, как и микроопераций, одиночной пунктирной линией.
По концепции фон-Неймана команды программы должны поступать из памяти в устройство управления и выполняться строго по их порядку в программу для обеспечения корректности выполнения программ.
В современных ЭВМ допускается не только одновременное, но и внеочередное выполнение множества команд, но при этом не нарушается корректность их выполнения. 
Кроме этого в современных ЭВМ используются не только арифметические, но и логические операции. 
Для непосредственной связи с человеком устройство управление содержал пульт управления и панель сигнализации. Но в такой конфигурации это блок схема скорее калькулятора, а не полноценной ЭВМ. В классической схеме ЭВМ предусмотрены устройства ввода и вывода. Это устройства ЭВМ, предназначенные для ввода и вывода массивов информации в форме удобные для использования человеком, например, в виде печатного текста. Кроме этого, к устройствам ввода/вывода относятся устройства хранения информации вне ЭВМ и переноса на другие ЭВМ. Это накопители на внешних носителях: перфокартах, магнитных лентах, дисках и т.д. Все эти устройства традиционно относят к внешним устройствам.
Внешними устройствами могут быть устройства:
внешней памяти,
ввода,
вывода,
связи с внешним объектом.
Устройства внешней памяти – это устройства энергонезависимой памяти, обычно на основе записи на магнитную поверхность или электронных схемах с использованием МДП транзистров с плавающим затвором (флеш-память) для хранения и/или передачи данных на другие цифровые устройства. 
Устройство ввода – это любое устройство ввода данных и программ в оперативную память ЭВМ (клавиатура, перфокарты, магнитные ленты, магнитные диски и т.д.).
Устройство вывода – это любое устройство вывода данных и программ из оперативной памяти (принтер, магнитная лента, магнитные диски и т.д.). В большинстве современных ЭВМ оперативная память – энергозависимая. По этой причине операции ввода/ выводы необходимы при включении и выключении ЭВМ.
Устройство связи с внешним объектом – это любое устройство, подключенное к ЭВМ, включая сетевые объекты.

Список литературы

Список литературы

1.История компьютера - Джон Фон Нейман. chernykh.net/content/view/449/661/
2.Джон фон Нейман. www.ega-math.narod.ru/
3.История ЭВМ. http://pchistory2009.narod.ru/idea.html
4.История развития вычислительной техники. Ланина Э.П. ИрГТУ, Иркутск – 2001 г.
5.Таненбаум Э. Архитектура компьютера. Питер, 2007, 848 с.
6.Архитектура ЭВМ. http://www.lessons-tva.info/edu/e-inf1/e-inf1-2-2.html
7.Жмакин А. П. Архитектура ЭВМ. БХВ-Петербург, 2006, 320 с.
8.Острейковский В. А. Информатика: Учебное пособие для ВУЗов /В. А. Острейковский – 3-е изд., стер. – М.: Высшая школа, 2005 – 511 с.: ил.
9.ЭВМ. http://www.theory-a.ru/organiz_evm/lek1_3.html
10.Этапы развития вычислительной техники. Основные технические характеристики современного персонального компьютера. http://obs.my1.ru/publ/14-1-0-34
11.Каймин В. А. Информатика: Учебник. – М: ИНФРА-М, 2000 – 2232 с. (серия «Высшее образование).
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
© Рефератбанк, 2002 - 2022