Transcript *asti po*íta*a von Neumanovského typu, ich klasifikácia

Časti počítača
von Neumanovského typu,
ich klasifikácia
Marcel Prievozník
2013
1. ročník RŠI
Časti počítača von Neumanovského
typu, ich klasifikácia
Ing. Marcel Prievozník
OBSAH














Kto je John von Neumann?
von Neumannov počítač - úvod
Operačná pamäť
Aritmeticko-logická jednotka
Radič
Vstupno-výstupné zariadenie
Predpis pre riešenie úloh
von Neumanov počítač – schéma
The greatest computer programmer (video)
Použitá literatúra
CPU
Operačná pamäť
Otestuj sa
Použitá literatúra
John von Neumann
* 1903 (Budapešt) †1957 (Washington)
 jeden z najväčších matematikov 20. st.
 otec teórie hier
 podieľal sa na vytvorení základných
predpokladov termonukleárnych reakcií a
vodíkovej bomby.
 je spoluautorom Koncepcie alebo
architektúry počítača

von Neumanov počítač - úvod
V roku 1946 on a jeho kolegovia z Princeton
Institute for Advanced Studies naprojektovali
nový počítač postavený na týchto pravidlách:
 Počítač obsahuje operačnú pamäť, ALJ, radič,
V/V zariadenia (vstupno - výstupné).
 Predpis pre riešenie úlohy je prevedený do
postupnosti inštrukcií.
 Údaje a inštrukcie sú vyjadrené binárne.
 Údaje a inštrukcie sa uchovávajú v pamäti na
miestach označovaných adresami.
 Programom riadené spracovávanie dát
prebieha v počítači samočinne.
von Neumanov počítač
POČÍTAČ OBSAHUJE
OPERAČNÚ PAMÄŤ, ALJ, RADIČ,
V/V ZARIADENIA
počítač obsahuje operačnú pamäť, v ktorej
sa operácie vykonávajú.V operačnej pamäti sa
nachádzajú všetky dáta potrebné na vykonanie
danej úlohy, program, medzivýsledky a
konečné výsledky.
VV zariadenia
ALU
operačná pamäť
von Neumanov počítač
POČÍTAČ OBSAHUJE
OPERAČNÚ PAMÄŤ, ALJ, RADIČ,
V/V ZARIADENIA
počítač má procesor, ktorý sa skladá z
riadiacej jednotky, ktorá riadi činnosť
počítača a z aritmeticko-logickej jednotky,
ktorá realizuje výpočty ...
(+,-,*,/, and, or, not , > , < ,…).
Procesor vykonáva činnosť podľa programu,
ktorý ho riadi.
von Neumanov počítač
POČÍTAČ OBSAHUJE
OPERAČNÚ PAMÄŤ, ALJ, RADIČ,
V/V ZARIADENIA
• zabezpečuje styk (interfacing) s počítačovou
perifériou
• funguje ako tlmočník, údaje z periférie
prekladá do formátu, ktorému rozumie
zbernica počítača a naopak.
• riadenie sa uskutočňuje pomocou riadiacich
signálov, ktoré predáva každému
konkrétnemu zariadeniu v periférii.
von Neumanov počítač
POČÍTAČ OBSAHUJE
OPERAČNÚ PAMÄŤ, ALJ, RADIČ,
V/V ZARIADENIA
• vstupné zariadenia pre zadávanie
programov a dát
• výstupné zariadenia, ktoré umožnia
vidieť výsledok výpočtu
von Neumanov počítač
V/V ZARIADENIA
von Neumanov počítač
PREDPIS PRE RIEŠENIE ÚLOHY JE
PREVEDENÝ DO POSTUPNOSTI
INŠTRUKCIÍ.
4• výsledky sú kontrolovane poslané
na výstupné zariadenie.
1
• do pamäte sa cez ALJ zapíše program (postupnosť
inštrukcií, ktoré sú postupne vykonávané ALJ) zo
vstupných zariadení.
• prebehne vlastný výpočet, ktorý postupne vykonáva ALJ. Táto
jednotka je riadená radičom, pričom si medzivýsledky ukladá do
pamäte.
• vstupné dáta, ktoré program
požaduje sa zapíšu do pamäte aj
3
2
von Neumanov počítač
ÚDAJE A INŠTRUKCIE SÚ
VYJADRENÉ BINÁRNE.
 počítač
využíva dvojkovú sústavu, t.j. je
digitálny.
• desiatková číselná sústava je nepohodlná,
lebo by bolo nutné presne rozlíšiť od seba
10 rôznych stavov, čo z fyzikálneho hľadiska
je komplikovanejšie a menej spoľahlivejšie
ako rozlíšenie len 2 stavov
von Neumanov počítač
ÚDAJE A INŠTRUKCIE SA
UCHOVÁVAJÚ V PAMÄTI NA
MIESTACH OZNAČOVANÝCH
ADRESAMI.
Pre správnu funkciu pamäti treba riešiť
okrem vlastného princípu uchovanie
informácie aj lokalizáciu uložených dát.
Hovoríme o adrese pamäťového miesta,
kde adresa je zvyčajne opäť vyjadrená číselne.
von Neumanov počítač
PROGRAMOM RIADENÉ
SPRACOVÁVANIE DÁT PREBIEHA
V POČÍTAČI SAMOČINNE.
Poradie operácií a krokov v počítači prebieha
nezávisle od užívateľa. Počítač si sám riadi
postupnosť a proces výpočtov, inštrukcií.
von Neumanov počítač - schéma
YOUTUBE VIDEO
The greatest computer programmer
Ako sa líši von Neumannov
počítač od súčasnej schémy?
 von
Neumannov počítač pracuje
nad jedným programom (žiadny
multitasking)
 počítač môže disponovať len
jedným procesorom
CPU – central processing unit



hlavný procesor počítača
Interpretuje, vykonáva alebo
spracúva inštrukcie alebo
dáta programu vo forme
strojového kódu.
v súčasnosti takmer
vždy realizované
vo forme
mikroprocesora.
Ako pracuje procesor?
Procesor je synchrónne zariadenie, ktoré
pracuje podľa hodinových kmitov
generovaných kryštálom umiestneným na
základnej doske.
 Behom jedného kmitu vykoná procesor
jednu operáciu
 Ak je schopný pracovať s vyššou
frekvenciou kmitov, vykoná viac operácií,
teda vykazuje vyšší výkon.

Ako pracuje procesor?

Moderné procesory pracujú na dvoch
samostatných rýchlostiach –
◦ rýchlosť jadra:
rýchlosť, na ktorej beží väčšina vnútorných
obvodov procesoru. Toto číslo je často
spájané s označením procesora
◦ rýchlosť zbernice procesora:
rýchlosť rozhrania medzi procesorom a
základnou doskou.
Operačná pamäť
označovaná aj ako hlavná pamäť
počítača
 ukladajú sa do nej dáta, ktoré procesor
počítača momentálne nespracováva, ale
budú potrebné neskôr
 veľkou prednosťou
je jej rýchlosť v
porovnaní s pevným
diskom

Operačná pamäť
je energeticky závislá, teda po prerušení
dodávky elektrického prúdu alebo po
vypnutí počítača, sa všetky údaje, ktoré
obsahovala, vymažú.
 v počítači najčastejšie v podobe
pamäťového modulu

Otestuj sa...













Z koľkých častí sa skladá von Neumannovská architektúra počítača?
Vymenuj ich.
Ako sú vyjadrované inštrukcie?
Demonštruj systém uchovávania údajov v pamäti.
Vlastnými slovami vyjadri princíp práce operačnej pamäte.
Vymenuj časti ALJ, popíš ich funkcie.
Vyjadri vlastnými slovami prácu radičov.
Kategorizuj vstupno-výstupné zariadenia.
Zorganizuj inštrukcie, ktoré sa vykonávajú v počítači s von
Neumannovou architektúrou.
Zdôvodni používanie binárnej sústavy.
Vyvoď závery k použitiu von Neumannovho počítača (výhody, nevýhody).
Objasni prácu procesora v počítači.
Popíš, akými parametrami hodnotíme kvalitu procesora.
Rozhodni, prečo je pre procesor lepšie použitie operačnej pamäte ako
pevného disku.
Použitá literatúra



http://gdusecovce.edupage.org/files/von_
neumannova_koncepcia_pocitaca.doc
http://sk.wikipedia.org/wiki/Koncepcia_J
ohna_von_Neumanna
Gajdoš, Š.: Technické vybavenie počítača
(www.zborovna.sk)