Така схема побудови комп’ютера (також відома як прінстонська) була розроблена цілим колективом авторів під час роботи над ENIAC’ом і названа на честь одного з розробників – Джона фон Неймана. Крім неї існують і альтернативні варіанти, найвідомішим з яких є гарвардська архітектура. Головною особливістю схеми фон Неймана є використання єдиної пам’яті для запису даних та команд, що робить її найбільш простою для реалізації.
Отже, комп’ютер обов’язково містить операційний та керуючий блоки, які об’єднуються в центральний процесор або CPU (Central Processing Unit) – той самий, що вважається серцем вашого комп’ютера. Операційний блок уміє виконувати деякий обмежений набір простих команд, як наприклад, прочитати команду з комірки пам’яті A, прочитати дані з комірки пам’яті В, скласти 2 числа, відняти, розділити, записати результат в комірку С та інші. Керуючий блок управляє діями операційного блоку і слідкує, щоб програма виконувалася у заданій послідовності. Акумулятор (або регістр) також є частиною процесора і слугує для збереження операндів та проміжних результатів обчислень, для того щоб не звертатися за ними кожного разу до основної пам’яті.
Крім того, процесор містить тактовий генератор, який продукує сигнали для синхронізації роботи всіх мікросхем, – це і є ті самі “гігагерци”, за якими ми звикли вимірювати швидкодію комп’ютера. Тобто, коли кажуть, що процесор має частоту 2GHz, це значить, що він генерує 2 мільярди тактових сигналів в секунду і теоретично виконує 2 мільярди елементарних операцій в секунду. Але більшість команд є складнішими і можуть потребувати по декілька тактів, тому така характеристика швидкодії є приблизною.
У пам’яті зберігаються програми та дані, з якими має справу комп’ютер (а якщо абстрагуватися, то в архітектурі фон Неймана програма – це такі самі дані, як і ті, що нею обробляються). Там же зберігаються всі проміжні дані, необхідні для виконання програми. Пам’ять складається з великої кількості комірок, кожна з яких має адресу і містить 1 байт (тобто 8 біт інформації). Це дозволяє в будь-який момент часу звернутися до будь-якої комірки і зчитати або записати туди дані. Втім є один недолік – дані зберігаються лише поки наявне живлення, а при знеструмленні комп’ютера всі данні стираються. Саме тому ми знаємо її як оперативну пам’ять або RAM (random access memory). Об’єм оперативної пам’яті сучасного комп’ютера знаходиться у межах 1-16 гігабайт, тобто 1-16 мільярдів байт.
А для того, щоб дані нікуди не зникали після завершення роботи комп’ютера, використовуються додаткові запам’ятовуючі пристрої з нижчою швидкістю доступу до інформації. Найбільш розповсюдженим варіантом є жорсткий диск – власне на ньому і зберігаються всі ваші картинки, музика і фільми. там же записана операційна система і всі інші програми, що є на вашому комп’ютері. Під час запуску програми вона копіюється у оперативну пам’ять і далі виконується звідти. Всі дані, з якими працює програма, також завантажуються з жорсткого диска та назад за вимогою. Саме тому, при вимкненні комп’ютера слід зберегти всі відкриті документи – в цей час всі ваші зміни існують лише в оперативній пам’яті і зникають з неї разом із струмом.
Жорсткий диск, як і всі інші пристрої, що підключаються до комп’ютера, відноситься до пристроїв вводу-виводу. Кожен з них має власний набір команд для взаємодії з комп’ютером і потребує для роботи спеціальну програму, що називається драйвером. Якщо в операційній системі встановлений відповідний драйвер, вона здатна “спілкуватися” з підключеним пристроєм і ви можете його використовувати. Найбільш розповсюджені пристрої мають стандартизовані набори команд і драйвери для них вже включені в операційну систему, це монітор, миша, клавіатура, жорсткий диск. Але, якщо ви, наприклад, підключите до свого комп’ютера круту мишку з 5 клавішами, одразу працюватимуть лише 2 або 3 з них, а для повноцінної роботи необхідне встановлення драйверів, що записані на диску у коробці.
Взаємодію між усіма компонентами забезпечує так звана системна шина. До неї підключається все обладнання, і вона передає сигнали між окремими пристроями. Фізично вона розташовується на материнській платі, навкруги якої і збирається сучасний комп’ютер.
Звичайно, це дуже загальний опис і в реальності все набагато складніше – все-таки не цьому присвячений наш курс. Але нашою метою було хоча б часткове викриття магії персонального комп’ютера і, я сподіваюся, ми її досягнули.
Джерело Prometheus