А. П. Шестаков
Незважаючи на величезну різноманітність обчислювальної техніки і її надзвичайно швидке вдосконалення, фундаментальні принципи пристрої машин багато в чому залишаються незмінними. Зокрема, починаючи з самих перших поколінь, будь-яка ЕОМ складається з наступних основних пристроїв: процесор, пам'ять (внутрішня і зовнішня) і пристрої введення і виведення інформації. Розглянемо більш детально призначення кожного з них.
Процесор є головним пристроєм комп'ютера, в якому власне і відбувається обробка всіх видів інформації. Іншою важливою функцією процесора є забезпечення узгодженої дії всіх вузлів, що входять до складу комп'ютера. Відповідно найбільш важливими частинами процесора є арифметико-логічний пристрій АЛП та пристрій управління УУ.
Кожен процесор здатний виконувати цілком певний набір універсальних інструкцій, званих найчастіше машинними командами. Який саме цей набір, визначається пристроєм конкретного процесора, але він не дуже великий і в основному аналогічний для різних процесорів. Робота ЕОМ полягає у виконанні послідовності таких команд, підготовлених у вигляді програми. Процесор здатний організувати зчитування чергової команди, її аналіз і виконання, а також при необхідності прийняти дані або відправити результати їх обробки на потрібний пристрій. Вибрати, яку посібник програми виконувати наступної, також повинен сам процесор, причому результат цього вибору часто може залежати від оброблюваної в даний момент інформації.
Хоча всередині процесора завжди є спеціальні чарунки (регістри) для оперативного зберігання оброблюваних даних і деякої службової інформації, у ньому свідомо не передбачено місце для зберігання програми. Для досягнення цієї важливої мети в комп'ютері служить інший пристрій - пам'ять. Ми розглянемо лише найбільш важливі види комп'ютерної пам'яті, оскільки її асортимент безперервно розширюється й поповнюється все новими і новими типами.
Пам'ять в цілому призначена для зберігання як даних, так і програм їх обробки: згідно фундаментальному принципу фон Неймана, для обох типів інформації використовується єдиний пристрій.
Починаючи з самих перших ЕОМ, пам'ять відразу стали ділити на внутрішню і зовнішню. Історично це дійсно було пов'язано з розміщенням всередині або поза процесорного шафи. Однак зі зменшенням розмірів машин всередину основного процесорного корпусу вдавалося помістити все більшу кількість пристроїв, і початковий безпосередній зміст даного поділу поступово втратився. Тим не менш, термінологія збереглася.
Під внутрішньою пам'яттю сучасного комп'ютера прийнято розуміти швидкодіючу електронну пам'ять, розташовану на його системної платі. Зараз така пам'ять виготовляється на базі найсучасніших напівпровідникових технологій (раніше використовувалися магнітні пристрої на основі феритових сердечників - зайве свідчення того, що конкретна фізичні принципи значення не мають). Найбільш істотна частина внутрішньої пам'яті називається ОЗП - оперативний запам'ятовуючий пристрій. Його головне призначення полягає в тому, щоб зберігати дані і програми для вирішуваних в поточний момент завдань. Напевно, кожному користувачеві відомо, що при вимиканні харчування вміст ОЗУ повністю втрачається. До складу внутрішньої пам'яті сучасного комп'ютера крім ОЗУ також входять і деякі інші різновиди пам'яті, які при першому знайомстві можна пропустити. Тут згадаємо лише про постійному запам'ятовуючому пристрої (ПЗП), в якому зокрема зберігається інформація, необхідна для первинного завантаження комп'ютера в момент включення живлення. Як очевидно з назви, інформація в ПЗП не залежить від стану комп'ютера (для кращого розуміння можна вказати на деяку аналогію між інформацією в ПЗУ і "вродженими" безумовними рефлексами у живих істот). Раніше вміст ПЗУ раз і назавжди формувалося на заводі, тепер же сучасні технології дозволяють у разі потреби оновлювати його навіть не витягуючи з комп'ютерної плати.
Зовнішня пам'ять реалізується у вигляді досить різноманітних пристроїв зберігання інформації і зазвичай конструктивно оформляється у вигляді самостійних блоків. Сюди, перш за все, слід віднести накопичувачі на гнучких і жорстких магнітних дисках (останні кілька жаргонно користувачі часто іменують вінчестерами), а також оптичні дисководи (пристрої для роботи з CD ROM). У конструкції пристроїв зовнішньої пам'яті є механічно рухаються, тому швидкість їх роботи суттєво нижче, ніж у повністю електронної внутрішньої пам'яті. Тим не менш, зовнішня пам'ять дозволяє зберегти величезні обсяги інформації з метою подальшого використання. Підкреслимо, що інформація в зовнішній пам'яті насамперед призначена для самого комп'ютера і тому зберігається в зручній йому формі; людина без використання машини не в змозі, наприклад, навіть віддалено подати вміст немаркованої дискети або диска CD ROM.
Сучасні програмні системи здатні об'єднувати внутрішню і зовнішню пам'ять в єдине ціле, причому так, щоб найбільш рідко використовувана інформація потрапляла в більш повільно працює зовнішню пам'ять. Такий метод дає можливість дуже істотно розширити обсяг оброблюваної за допомогою комп'ютера інформації.
Якщо процесор доповнити пам'яттю, то така система вже може бути працездатною. Її істотним недоліком є неможливість дізнатися що-небудь про те, що відбувається всередині такої системи. Для отримання інформації про результати, необхідно доповнити комп'ютер пристроями виведення, які дозволяють представити їх у доступній людському сприйняттю формі. Найбільш поширеним пристроєм виведення є дисплей, здатний швидко і оперативно відображати на своєму екрані як текстову, так і графічну інформацію. Для того щоб отримати копію результатів на папері, використовують друкуючий пристрій, або принтер.
Нарешті, оскільки користувачеві часто потрібно вводити в комп'ютерну систему нову інформацію, необхідні ще й пристрої введення. Найпростішим пристроєм введення є клавіатура. Широке поширення програм з графічним інтерфейсом сприяло популярності іншого пристрою введення - маніпулятора миша. Нарешті, дуже ефективним сучасним пристроєм для автоматичного введення інформації в комп'ютер є сканер, що дозволяє не просто перетворити картинку з аркуша паперу в графічний комп'ютерний файл, а й за допомогою спеціального програмного забезпечення розпізнати в прочитане зображенні текст і зберегти його у вигляді, придатному для редагування в звичайному текстовому редакторі.
Тепер, коли ми знаємо основні пристрої комп'ютера та їх функції, залишилося з'ясувати, як вони взаємодіють між собою. Для цього звернемося до функціональної схемою сучасного комп'ютера, наведеної на малюнку.
Для зв'язку основних пристроїв комп'ютера між собою використовується спеціальна інформаційна магістраль, зазвичай звана інженерами шиною. Шина складається з трьох частин:
шина адреси, на якій встановлюється адресу необхідної комірки пам'яті або пристрою, з яким буде відбуватися обмін інформацією;
шина даних, по якій власне і буде передана необхідна інформація, і, нарешті,
шина управління, що регулює цей процес (наприклад, один із сигналів на цій шині дозволяє комп'ютеру розрізняти між собою адреси пам'яті та пристроїв введення / виводу).
Розглянемо як приклад, як процесор читає вміст елементу пам'яті. Переконавшись, що шина в даний момент вільна, процесор поміщає на шину адреси потрібну адресу і встановлює необхідну службову інформацію (операція - читання, пристрій - ОЗП тощо) на шину управління. Тепер йому залишається тільки чекати відповіді від ОЗУ. Останнє, "побачивши" на шині звернений до нього запит на читання інформації, витягує вміст необхідної осередки і поміщає його на шину даних. Зрозуміло, реальний процес значно докладніше, але нас зараз не цікавлять технічні деталі. Особливо відзначимо, що обмін по шині за певних умов і за наявності певного допоміжного обладнання може відбуватися і без безпосередньої участі процесора, наприклад, між пристроєм введення і внутрішньою пам'яттю.
Підкреслимо також, що описана нами функціональна схема на практиці може бути значно складніше. Сучасний комп'ютер може містити кілька узгоджено працюючих процесорів, прямі інформаційні канали між окремими пристроями, кілька взаємодіючих магістралей і т.д. Тим не менш, якщо розуміти найбільш загальну схему, то розібратися в конкретній комп'ютерній системі буде вже легше.
Магістральна структура дозволяє легко під'єднувати до комп'ютера саме ті зовнішні пристрої, які потрібні для даного користувача. Завдяки їй вдається скомпонувати з стандартних блоків будь-яку індивідуальну конфігурацію комп'ютера.
Список літератури
Інформатика в поняттях і термінах: Кн. для учнів ст. класів середовищ. шк. / Г.А. Бордовський, В.А. Візників, Ю.В. Ісаєв, В.В. Морозов; Під ред. В.А. Ізвозчікова. - М.: Просвещение, 1991. - 208 с.
Основи інформатики та обчислювальної техніки: Проб. навч. посібник для середовищ. навч. закладів. У 2-х ч. Ч.1 / А.П. Єршов, В.М. Монахов, С.А. Бєшенков та ін; Під ред. А.П. Єршова, В.М. Монахова. - М.: Просвещение, 1985. - 96 с.
Основи інформатики та обчислювальної техніки: Проб. навч. посібник для середовищ. навч. закладів. У 2-х ч. Ч.2 / А.П. Єршов, В.М. Монахов, А.А. Кузнєцов та ін; Під ред. А.П. Єршова, В.М. Монахова. - М.: Просвещение, 1986. - 143 с.
Гук М. Апаратні засоби IBM PC. Енциклопедія. СПб.: Видавництво "Пітер", 2000. - 816 c.