Principiile de funcționare a calculatorului.
RAM (sau memorie de acces aleatoriu - RAM) ca o componentă care conține o memorie permanentă (sau memorie numai pentru citire - ROM). Memoria permanentă are caracteristica pe care nu o puteți scrie. Zerourile și cele din dispozitivele RAM sunt reprezentate de semnale electrice și, prin urmare, informațiile din memoria principală dispare fără urmă când alimentarea este oprită. Cu toate acestea, memoria permanentă se bazează pe alte principii de stocare a informațiilor: în ea, zerouri și cele codificate prin conexiuni electrice. Atunci când alimentarea este pornită, această informație poate fi citită.
Aceste celule condiționale prin care informațiile pot fi mutate din mediul extern în memoria RAM și invers se numesc porturi I / O. Pentru a descrie funcționarea calculatorului la nivel de principiu, putem presupune că unele date sunt plasate în porturile de intrare din mediul extern (independent sau la cererea procesorului). Dimpotrivă, dacă trebuie să transferați date undeva sau să le salvați în memorie externă, trebuie doar să puneți aceste date într-un anumit port de ieșire. Toate restul vor fi luate în grija dispozitivelor auxiliare ale computerului. Unele dintre ele vor fi discutate mai jos.
În unele porturi, informațiile sunt transmise în loturi câte unul câte unul. Acest port este numit secvențial. Un port în care informațiile sunt transmise în loturi de unul sau mai multe octeți se numește paralel. De exemplu, modemul se conectează la portul serial, iar imprimanta la portul paralel.
Procesorul este dispozitivul central al computerului. Are două funcții principale: mai întâi, pentru a efectua anumite calcule și, în al doilea rând, pentru a controla funcționarea tuturor nodurilor calculatorului. Aceste funcții execută diverse componente ale procesorului: unitatea logică aritmetică (ALU) și dispozitivul de comandă. Structurally, procesorul constă dintr-un număr mare de microcircuite electronice, concentrate într-un volum microscopic. Poate că procesorul este cel mai complex dispozitiv din lume. Toate progresele înregistrate în industria calculatoarelor sunt asociate cu îmbunătățirea procesoarelor: extinderea listei funcțiilor efectuate de acestea, reducerea volumului și creșterea simultană a vitezei operațiilor (viteză), sporirea fiabilității. Este pentru creșterea vitezei datelor ca datele înainte de calculul direct să fie mutate din memoria RAM în celule speciale, numite registre de procesoare. Aceste registre sunt mai multe duzini și au diferite funcții.
Viteza calculatorului este măsurată prin numărul de operații elementare efectuate pe secundă - flops. De exemplu, un gigaflop înseamnă un miliard de operațiuni pe secundă. Unitatea de acțiune a calculatorului este comanda mașinii. Numărul de diferite tipuri de instrucțiuni de mașină executate de procesor, desigur. Pentru fiecare tip de instrucțiune de mașină, procesorul are un cip electronic responsabil pentru acesta. Diferitele comenzi ale mașinilor, în funcție de complexitate, constau în câteva operațiuni de mai multe zeci de operații elementare. Toate comenzile aparatului sunt împărțite în grupuri. Comanda fiecărui grup efectuează una dintre următoarele acțiuni:
¨ Mută blocul de informații din memoria principală în registrele procesorului;
¨ transferă blocul de informații din registrele procesorului în memoria RAM a calculatorului;
¨ primește un bloc de informații din exterior printr-unul din porturi și îl pune în registrul procesorului;
¨ Afișează un bloc de informații din registrul procesorului printr-unul din porturi către mediul extern;
¨ inițiază o operație de calcul efectuată de către procesor: operația se efectuează pe valorile stocate în registrele procesorului și rezultatul este plasat în alte registre sau în aceleași registre;
¨ notifică procesorului despre o situație anormală, numită o întrerupere: în această comandă procesorul oprește executarea programului curent și pornește un alt program care ar trebui să funcționeze în cazul unei întreruperi de acest tip.
Toate operațiunile semnificative sunt efectuate direct de către procesor peste cantitățile care sunt în registrele procesorului. În special, acestea sunt operații aritmetice și logice, precum și operații de transformare. Aceste operațiuni constau, de fapt, dintr-un număr mare de operațiuni elementare mai mici, fiecare realizându-se peste conținutul unuia dintre biții unui registru. Multe dintre aceste operațiuni sunt efectuate de procesor în paralel (adică simultan). Pentru a face acest lucru, computerele folosesc un generator de ceas care sincronizează lucrările diferitelor părți ale computerului. Fiecare instrucțiune de mașină constă într-un anumit număr de cicluri. În timpul unui singur ciclu de ceas, procesorul efectuează mai multe operații elementare care pot fi efectuate independent. Dacă o operație necesită rezultatele altui, atunci acestea sunt efectuate în măsuri succesive. După ce toate loviturile unei comenzi au fost executate, rezultatul executării întregii instrucțiuni de mașină se formează într-unul din registrele procesorului. S-a spus deja că sunt necesare diferite comenzi ale mașinilor atunci când se efectuează un număr diferit de măsuri. În special, numărul de cicluri în multiplicarea numerelor este mult mai mare decât atunci când se adaugă.