Z{kladní struktura počítače Cílem této kapitoly je sezn{mit se s různými strukturami počítače, které využív{ výpočetní technika v současnosti. Klíčové pojmy: Von Neumannova struktura počítače, Harvardská struktura počítače Von Neumannova struktura počítače Principy pr{ce počítače a z{kladní stavbu navrhl v roce 1945 americký matematik John von Neumann. Tato struktura je s určitými obměnami z{kladem počítačů dodnes. Pravidla stanoven{ von Neumannem: 1. Počítač se skl{d{ z řadiče, aritmetickologické jednotky, paměti, vstupního a výstupního zařízení. 2. Struktura počítače je nez{visl{ na řešeném problému. 3. V paměti jsou data uložen{ společně s instrukcemi programu. 4. Paměť je rozdělena na buňky stejné velikosti, ke kterým se přistupuje prostřednictvím adresy. 5. Program je tvořen posloupností instrukcí. 6. Pořadí prov{dění instrukcí je sekvenční ( postupné) s vyjímkou instrukcí skoku. 7. Instrukce, data a adresy jsou kódov{ny bin{rně. 15/5/2011 Z{kladní struktura počítače 1
Dnešní počítače se od tohoto klasického schématu mohou v některých podrobnostech odlišovat. Mohou pracovat s více procesory ( CPU) a také zpracov{vat více programů paralelně tzv. multitasking. Tím je efektivně využitý strojový čas. Program se do paměti nemusí zavést celý. Načte se č{st programu a další č{sti se mohou načíst až v případě potřeby. D{le existují V/V ( I/O) zařízení, kter{ data čtou i zapisují. Příklad upraveného blokového schématu počítače Tok údajů Řídicí sign{ly Harvardsk{ struktura počítače Harvardsk{ struktura počítače předpokl{d{ existenci dvou oddělených pamětí. V první paměti jsou uloženy instrukce ( programy) a ve druhé jsou uložen{ proměnn{ data. Každ{ paměť se adresuje samostatně. Umožňuje paralelní čtení instrukce při běhu programu doch{zí ke zrychlení zpracov{ní instrukcí. Tato koncepce se využív{ např. v jednoúčelových programovatelných automatech nebo kapesních kalkul{torech. 15/5/2011 Z{kladní struktura počítače 2
Struktura počítače s mikroprocesorem J{drem počítače je z{kladní jednotka ( zpravidla z{kladní deska) obsahující procesor ( mikroprocesor), paměti, sběrnice, jednotky řízení sběrnic a jednotky rozhraní. Počítač se skl{d{ ze z{kladní jednotky a periferních jednotek, ke kterým patří především pevný disk ( HDD), monitor, kl{vesnice a myš. Z{kladní jednotka obsahuje taktovací gener{tor, který taktuje č{sti z{kladní jednotky různými frekvencemi. Nejvyšší frekvencí je taktov{n procesor ( např. 3,06GHz), několikr{t menší rychlostí systémov{ sběrnice ( např. 533 MHz)a nejpomaleji sběrnice pro připojení periferií. Počítač použív{ systémové ( operační) a uživatelské programy. V paměti ROM na z{kladní desce je uložen BIOS ( z{kladní vstupně výstupní systém), který umožňuje komunikaci mezi hardwarem a softwarem. Operační systém je načten do paměti RAM. Uživatelské programy a data jsou uloženy na vnějších pamětech a podle potřeby načít{ny do operační paměti. K přenosu dat mezi z{kladní jednotkou počítače ( operační pamětí RAM) a periferními zařízeními slouží systémov{ rozhraní ve formě z{suvných karet pro jednotlivé periferní jednotky nebo skupiny periferních jednotek nebo pro připojení do sítě. Procesor je s ostatními jednotkami spojen systémovou sběrnicí, kter{ se skl{d{ z datové sběrnice ( např. 64 bitové), adresové sběrnice ( např. 32 bitové) a řídicí sběrnice ( např. 16 bitové). Počet paralelních vodičů je označov{n jako šířka sběrnice. 15/5/2011 Z{kladní struktura počítače 3
Procesor adresuje paměť adresou poslanou po adresové sběrnici, sign{lem přes řídicí sběrnici určí, zda se jedn{ o čtení nebo z{pis a po datové sběrnici přenese data. Shrnutí: Ve výpočetní technice se používají dvě z{kladní koncepce stavby počítače von Neumannova a Harvardsk{. Použité zdroje informací: *1+ ANTOŠOVÁ, M. - DAVÍDEK, V. Číslicov{ technika: učebnice. 1.vyd. České Budějovice, KOPP, 2004. 286 s. ISBN 80-7232-206-0. *2+ NAVRÁTIL,P. S počítačem nejen k maturitě 1.díl. 7.vyd. Kralice na Hané, Computer Media, 2009. 176s. ISBN 978-80-7402-020-9. *3+ BLATNÝ, J. a kol. Číslicové počítače. 1.vyd. Praha, SNTL, 1980. 496s. *4+ JANSEN, H. a kol. Informační a telekomunikační technika. 1.vyd. Praha, Europa-Sobotales cz.s.r.o, 2004. 400s. ISBN 80-86706-08-7. 15/5/2011 Z{kladní struktura počítače 4
[5] PINKER, J. Mikroprocesory a mikropočítače. 1.vyd. Praha, BEN, 2004. 160 s. ISBN 80-7300-110-1. [6] <http://cs.wikipedia.org/> 15/5/2011 Z{kladní struktura počítače 5