Hardware - komponenty počítačů Von Neumannova koncepce počítače. Von Neumannova koncepce počítače

Transkript

1 V roce 1945 vystoupil na přednášce v USA matematik John von Neumann a představil architekturu samočinného univerzálního počítače (von Neumannova koncepce/schéma/architektura). Základy této koncepce se s určitými obměnami používají dodnes.

2 Tzv. von Neumannova architektura (von Neumann architecture), někdy označovaná také jako von Neumannova koncepce či von Neumannovo schéma, je ucelenou soustavou názorů a představ o tom, jak by měl počítač fungovat, z jakých hlavních částí by se měl skládat, co a jak by tyto části měly dělat, jak by měly vzájemně spolupracovat atd. [1]

3

4 Popis von Neumannovy koncepce Operační paměť Uchovává aktuálně zpracovaná data, programy, výpočty ALU Aritmeticko logická jednotka (Arithmetic-Logic Unit) Výpočetní jednotka, tzn. provádí všechny matematické a logické operace. Obsahuje sčítačky, násobičky (pro aritmetické operace) a komparátory (pro porovnávání) ALU čte data z paměti a zpět do paměti jsou ukládány výsledky a mezivýsledky

5 Řadič Jednotka, která řídí činnost všech částí počítače Zasílá ostatním částem počítače řídící signály a naopak od ostatních částí počítače přijímá zpět jejich stav (stavové signály) a případná chybová hlášení Činnost řadiče je řízena programem, který je uložen v paměti, ze které řadič jednotlivé kroky programu (instrukce) čte a následně provádí ALU a řadič se společně označují jako procesor (CPU Central Processing Unit) Vstupní zařízení Vstup programu a dat Výstupní zařízení Výstup výsledků, které program v počítači zpracoval Hlavním úkolem je předat výsledky ve vhodné podobě uživateli

6 Princip činnosti počítače podle vns 1) Do operační paměti se pomocí vstupních zařízení (prostřednictvím ALU) načte program, který bude provádět výpočet. 2) Rovněž se do operační paměti umístí data, se kterými bude program pracovat. 3) Jednotka ALU provede výpočet. Při výpočtech využívá operační paměť k ukládání mezivýsledků. 4) Po ukončení výpočtu jsou výsledky (prostřednictvím ALU) odeslány na výstupní zařízení

7 Dnešní počítače a vns Von Neumannovo schéma je i dnes aktuální, samozřejmě s několika odlišnostmi. Především nezná pojem multitasking (souběžné zpracování více úloh teoreticky v jednom okamžiku) Dále pak nepočítá s vícejádrovými procesory a nezná vstupně/výstupní jednotky, které umí zajišťovat jak vstup, tak i výstup dat. Komunikace mezi jednotlivými bloky základní jednotky probíhá po skupinách vodičů, které nazýváme sběrnice.

8 Dnešní počítače a vns Rychlost zpracování instrukcí dnešními procesory je výrazně vyšší než rychlost komunikace s pamětí. Komunikace s pamětí se tak stává nejslabším článkem řetězu ve von Neumannově architektuře. Tuto nevýhodu částečně řeší tzv. paměti cache, což jsou rychlé mezipaměti, do kterých se potřebná data a instrukce z pomalejší hlavní paměti načítají dříve, než jsou při zpracování potřeba. Uvnitř dnešních procesorů je použita tzv. Harvardská architektura, kde se paměť cache dělí na paměť instrukcí a paměť pro data. Ovšem celý procesor se z venku chová jako procesor s architekturou von Neumannovou, protože načítá data i program z hlavní paměti najednou.

9 Zdroje: [1]