В случае, если разглядеть историю развития производительных производственных отношений и сил, возможно заметить, как изменялся темперамент производства: от ручного труда человечество перешло к применению примитивных орудий труда, после этого к механизации труда и потом к автоматизации труда. На последней стадии XX в мы замечаем новые тенденции эластичной автоматизации труда.
Подобную картину мы можем замечать и в области вычислений. Сначала зарождения рыночных взаимоотношений людям потребовались средства для выполнения взаиморасчётов: несложным вычислительным приспособлением стал абак. Он первоначально воображал собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни; воображающие числа. Появление абака относят к четвертому тысячелетию до н.э. Местом появления считается Азия.
В средние века в Европе абак сменился разграфленными таблицами. Вычисления с их помощью именовали счетом на линиях. Такие таблицы наносили на поверхность стола (не просто так сейчас в английском понятия «таблица» и «стол» обозначаются одним словом — «table»). В некоторых случаях счетные таблицы наносили не на поверхность стола, а на его скатерть. Подобными приспособлениями первым делом пользовались менялы и ростовщики. Возможность смены скатерти с таблицей они применяли для стремительного перехода от операций с одними финансовыми совокупностями к операциям с другими совокупностями.
В РФ счет на линиях не прижился. Тут еще в средние века на базе абака было создано второе приспособление—русские счеты. С позиций производительности труда, это очень действенное приспособление намного опередило уровень, достигнутый в средневековой Западной Европе. В отдельных случаях оно используется и сейчас.
Механизация вычислительных операций началась в XVII в. На первой стадии для механических вычислительных устройств употреблялись механизмы, подобные часовым. Первое в мире механическое устройство для исполнения операций сложения было создано в 1623 г. Его создал Вильгельм Шиккард, доктор наук кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия). Сейчас рабочая модель устройства была воспроизведена по чертежам и подтвердила собственную работоспособность. Сам изобретатель в письмах именовал машину «суммирующими часами».
В 1642 г. французский механик Паскаль (1623-1662) создал более компактное суммирующее устройство, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно (в большинстве случаев для потребностей парижских менял и ростовщиков, но, во-первых, изобретено для собственного отца – налогового инспектора). В 1673 г. философ и немецкий математик Г.В. Лейбниц (1646-1717) создал механический калькулятор, что имел возможность делать операции вычитания операций и повторения сложения. в течении XVIII в., известного как эра Просвещения, показались новые, более идеальные модели, но принцип механического управления вычислительными операциями оставался тем же.
Мысль автоматизации вычислительных операций пришла из той же часовой индустрии. Древние монастырские башенные часы были настроены так, дабы в заданное время включать механизм, который связан с совокупностью колоколов. Такое программирование было твёрдым — одинаковая операция выполнялась в одно да и то же время.
Мысль эластичной автоматизации механических устройств посредством перфорированной бумажной карты в первый раз была реализована в 1804 г. в ткацком станке Жаккарда, по окончании чего оставался лишь один ход до эластичного управления вычислительными операциями. Для развития компьютерной техники перфокарточный метод управления имел громадное значение.
В 1804 г. Жаккар революционизировал процесс изготовления шелковой ткани узкой фактуры, создав ткацкий станок (у нас он известен называющиеся «машина Жаккара»), для управления которым использовались перфокарты, соединенные между собой в виде ленты. Перемещением челнока руководили древесные шпильки «просматривающего устройства» станка, каковые по размещению отверстий в перфокарте определяли, какие конкретно нити направляться поднять, а какие конкретно опустить для получения нужного узора.
«Один ход до эластичного управления вычислительными операциями» был сделан выдающимся изобретателем и английским математиком Чарльзом Бэббиджем (1792-1871) в его Вычислительной машине, которая, к сожалению, так и не была до конца выстроена изобретателем при жизни, но была воспроизведена Сейчас по его чертежам, так что сейчас мы вправе сказать об Вычислительной машине, как о реально существующем устройстве.
Сначала Бэббидж постарался создать так именуемую Разностную машину, которая предназначалась для правильного автоматического построения сложных математических таблиц. По окончании 12 лет работы, сопровождавшейся техническими, денежными и политическими неурядицами, он отказался от этого проекта и приступил к работе над Вычислительной машиной.. В 1989-91 гг. к двухсотлетию ученого Английский научный музей выстроил копию Разностной автомобили, базируясь на уникальных чертежах Бэббиджа. В 2000 году к экспозиции добавилось спроектированное Бэббиджем печатающее устройтсво.
В 1822 г. Чарлз Бэббидж взялся за осуществление проекта, ставшего делом всей его жизни на полвека. Чарлз Бэббидж применял идею Жаккара при разработке Вычислительной автомобили. Новая машина была сложнее и разрешала решать различные задачи. Бэббидж полагал, что Вычислительная машина будет создавать вычисления и «запоминать» результаты посредством комплекта валов и шестерней. Управление машиной предполагалось осуществлять посредством массивных перфокарт. Команды и эти для каждой задачи тут предполагалось вводить посредством перфокарт. Изюминкой Вычислительной автомобили стало то, что тут в первый раз был реализован принцип разделения информации на данные и команды. Вычислительная машина содержала два больших узла: «склад» и «мельницу». Эти вводились в механическую память «склада» методом установки блоков шестерен, а позже обрабатывались в «мельнице» с применением команд, каковые вводились с перфорированных карт.
Бэббидж погиб в 1871 г., покинув более 37 м2 подробнейших чертежей, причем многие из них относились к Вычислительной машине, ставшей предвестником современных компьютеров Осуществлению собственной заветной грезы Бэббидж посвятил остаток судьбы (35 лет), но требуемая для Вычислительной автомобили точность обработки намного превосходила технологические возможности того времени и исходя из этого она так и не была выстроена. Ее созданию мешали как объективные обстоятельства, так и субъективные. К первым направляться отнести несовершенство разработки металлообработки, не разрешавшей реализовать столь «прецизионный» проект. Субъективная обстоятельство крылась в характере Бэббиджа: он был максималист, пробовавший побороть объективную действительность. В запоминающее устройство он пробовал запихнуть тысячу 50-разрядных регистров (для чего ему пригодилась такая разрядность – уму непостижимо!), другими словами 25 килобайт. Такая емкость памяти была в новинку кроме того 60-е годы прошлого века.
Очень многое из того, что известно об данной машине, дошло до нас благодаря научным трудам одаренного математика-любителя Огасты Ады Байрон (графини Лавлейс), дочери поэта лорда Байрона. В 1843 г. она перевела статью об Вычислительной машине, написанную одним итальянским математиком, снабдив ее собственными подробными комментариями, каковые касались потенциальных возможностей автомобили.
Графиня Лавлейс, одна из немногих современников Бэббиджа, сумевших осознать значение данного изобретения, писала, что машина будет иметь сокровище, «фактически непредсказуемую в ее вероятных применениях».
В будущем в течении практически столетия ничего похожего на Вычислительную машину не показалось, но мысль применения перфокарт для обработки данных была апробирована достаточно не так долго осталось ждать.
Спустя 2 десятилетия по окончании смерти Бэббиджа американский изобретатель Герман Холлерит создал электромеханическую вычислительную машину — табулятор, в которой перфокарты употреблялись для обработки результатов переписи населения, проводившейся в Соединенных Штатах в 1890 г. (Мысль применения перфокарт пришла к Холлериту не из работы Бэббиджа, а появилась, по всей видимости, в то время, когда он замечал, как проводник компостирует ЖД билеты.) Табулятор взял столь широкое признание, что для удовлетворения растущих заказов на это изобретение Холлериту было нужно основать собственную компанию. В итоге эта компания превратилась в известную корпорацию ИБМ (IBM, International Business Machines), которая сделала перфокарты стандартным средством программирования компьютеров.
Холлерит продемонстрировал, что в сочетании перфокарты и электрические цепи смогут делать нужную работу. Карты табулятора Холлерита были размером в долларовую бумажку. На каждой карте имелось 12 последовательностей, в каждом из которых возможно было пробить по 20 отверстий, соответствующих таким данным, как возраст, пол, место рождения, количество детей, прочие сведения и семейное положение, включенные в вопросник переписи американского населения. Агенты, проводившие перепись, записывали ответы опрашиваемых в особые формуляры. Заполненные формуляры отсылались в Вашингтон, где содержащуюся в них данные переносили на карты методом соответствующего перфорирования. После этого перфокарты загружали в особые устройства, соединенные с табуляционной машиной, где они нанизывались на последовательности узких игл, по одной игле на каждую из 240 перфорируемых позиций на карте. В то время, когда игла попадала в отверстие, она проходила его, замыкая контакт в соответствующей электрической цепи автомобили; это со своей стороны приводило к тому, что счетчик, складывающийся из вращающихся цилиндров, продвигался на одну позицию вперед. Но сфера применения созданного им устройства была ограничена ответом несложной и четко очерченной задачи — составлением таблиц. Более сложными вычислениями перфокарты руководить не могли.
Один из первых моделей ЭВМ, что можно назвать программируемым, был создан германским инженером Конрадом Цузе. В конце 30-х — начале 40-х годов он выстроил пара счетных автомобилей и компьютеров для осуществления сложных инженерных расчетов. Z1 (1938 г.) – 4 м.кв., 2 с/с, перфолента (кинопленка); Z2 (1940 г.) – считается первой электромеханической; Z3 (1941 г.) – 2,5 тыс. телефонных реле, считается первым работоспособным, вольно программируемым компьютером в мире (его соперники, Mark I и ENIAC показались по окончании 1943 года). Действительно, в памяти Z3 программы не хранил, для этого память из 64 слов была мелка, да Цузе и не стремился к этому. Имелся недочёт — отсутствие реализации условного перехода.
Автомобили Цузе управлялись при помощи перфорированной ленты, изготовленной из бракованной кинопленки (очень изобретательная реакция на недостаток бумаги в годы войны). В качестве главных элементов автомобилей употреблялись электромеханические реле, подобные тем, что использовались тогда в телефонных коммутаторах. Помимо этого, Цузе одним из первых среди изобретателей компьютеров сумел выстроить действующую программируемую машину Z3, в которой употреблялась бинарная совокупность. Любое десятичное число возможно представить в бинарной совокупности в виде нулей и последовательности единиц. Данный метод записи чисел подходит для электрических цепей, каковые смогут пребывать в одном из двух состояний: включено либо отключено. Преимущества бинарной совокупности не ограничиваются ее применением для арифметических вычислений. В равной мере она эргономична и для кодирования логических операций, имеющих дело с понятиями «ложь» и «истина». Возможность применения таких операций превращает компьютер в что-то большее, чем легко вычислительная машина. Из-за войны работы Цузе продолжительное время оставались малоизвестными за пределами Германии. Но по обе стороны Атлантики были и другие ученые, увлеченные погоней за призрачной успехом — разработкой программируемых автомобилей. Кое-какие из них, как и Цузе, осознали эффективность бинарной совокупности счисления и символьной логики с целью проведения вычислений посредством электрических цепей. Но переход от десятичной совокупности к бинарной не сходу взял признание.
До тех пор пока Цузе продолжал собственные изучения в Германии, американские ученые трудились над двумя проектами, каковые покинули заметный след в истории программируемых компьютеров. В Гарвардском университете математик Говард Айкен с группой инженеров компании ИБМ завершали работу над машиной «Марк-1» (1943 г., работа с августа 44 более 15 лет). Эта программно-управляемая счётная машина весом 5 т и ценой 500 тыс. долл. (дл 15 метров, высота 2,5, 3млн узлов, 500 миль проводов, и еще цена 1 млн(?)) предназначалась для баллистических расчетов ВМС США. Как и автомобили Цузе, она была выстроена на электромеханических реле и управлялась при помощи команд, закодированных на бумажной перфоленте. Машина создавала умножение двух 23-значных чисел за 3с и имела возможность легко настраиваться на решение разнообразных задач оборонного характера, появлявшихся на протяжении войны. Не смотря на то, что скоро другие автомобили превзошли «Марк-1», он, однако, использовался в вычислительной лаборатории Гарвардского университета впредь до 1959 г. Но всего ответственнее, возможно, то, что эта машина послужила собственного рода «полигоном» для подготовки многих первопроходцев в области разработки компьютеров, каковые потом внесли заметный вклад в развитие нового научного направления.
Вторая американская разработка — машина «Эниак» — отличалась очень неуклюжим методом задания программы, что отравляло жизнь программиста Кэтлин Макналти и ее сотрудников. Эта машина была создана сотрудниками Высшего технического училища Пенсильванского университета Джоном Мочли и Преспером Эккертом. Цена — 400 тыс дол, вес 30 т, 40 панелей на 18000 ламп, 1500 реле, 70 тыс. конденсаторов и резисторов. Как и «Марк-1», она оперировала десятичными, а не бинарными числами, но вместо электромеханических реле в ней употреблялись электронные лампы, что разрешило в 1000 раз повысить ее быстродействие если сравнивать с машиной Гарвардского университета. При создании «Эниака» Мочли и Эккерт превысили технологический предел надежности, потому что до этого ни в одной машине не употреблялось более 2 тыс. электронных ламп. В машине «Эниак» их было практически в 9 раза больше. Значительной проблемой выяснилось нередкое перегорание ламп. За год работы автомобили было нужно заменить около 19 тыс. ламп, более 100% от общего набора. И, однако, машина показала, что будущее в собственности конкретно электронным вычислительным устройствам.
Мочли и Эккерт отлично осознавали, что главное преимущество электронных компьютеров содержится в их потенциальной способности хранить много информации. Вращающиеся шестерёнки и шпиндели электромеханических компьютеров мало годились для построения больших запоминающих устройств, талантливых хранить большой количество данных. С возникновением электроники подобная внутренняя память стала фактически настоящей.
Сама по себе машина «Эниак» была всего лишь первой ласточкой. Созданная в условиях довлеющей спешки, обусловленной армейским временем, она имела очень ограниченную внутреннюю память. Не смотря на то, что эта машина весьма скоро делала сложные программы, ее сумматор (внутреннее запоминающее устройство на электронных лампах, предназначенное для хранения обрабатываемых разрешённых) мог запомнить только 20 10-значных десятичных чисел. И не смотря на то, что содержимое внутренней памяти возможно было скоро поменять, замена самих управляющих команд потребовала долгой возни с переключателями и соединительными кабелями.
«Эниак» вступил в строй в 1945 г. (т.е. 1.01.46 — начало компьютерной эры), но за два года до этого Мочли и Экерт уже начали обдумывать создание более идеальной автомобили, талантливой хранить не только много данных, но и команды программы, управляющей ее работой. Их мысль создания автомобили с программой, хранимой в памяти, поменяла правила организации вычислений, подготовив землю для появления современных языков программирования. Собственную новую машину Мочли и Эккерт назвали «Эдвак» (EDVAC, от Electronic Discret Variable Automatic Computer — электронный непроизвольный вычислитель с дискретными переменными). В качестве элементов внутренней памяти они предполагали применять ртутные линии задержки, каковые в годы войны употреблялись в радиолокаторах для определения времени прохождения сигнала. Эти устройства представляли собой заполненную ртутью трубку, в которой возможно было как бы «консервировать» электрические импульсы, а после этого при необходимости извлекать их оттуда. Еще одна особенность автомобили «Эдвак» заключалась в ее ориентации на работу с бинарными, а не десятичными числами, что разрешало упростить конструкцию арифметического устройства. До тех пор пока Мочли и Эккерт трудились над новым проектом, их идеи в обобщенном виде были изложены в эпохальной работе, принадлежащей перу блестящего математика венгерского происхождения Джона фон Неймана. В то время фон Нейман, будучи сотрудником Принстонского университета перспективных изучений, являлся консультантом проекта «Эниак». Собственную статью количеством в 101 страницу машинописного текста он разглядывал только как набросок, предназначенный для дискуссии участниками коммисии проекта «Эдвак». Но 1 июня 1945 г. один из участников группы, Герман Голдстейн, разослал данный отчет более чем 30 экспертам под заголовком «Предварительный доклад о машине «Эдвак», причем фон Нейман фигурировал как единственный создатель отчета. Несомненно, вклад фон Неймана в эту работу был очень весомым, в особенности в той части, которая касалась логических операций автомобили. Более того, благодаря его блестящей репутации, статья купила вес, что в другом случае она, быть может, и не имела бы, а это обеспечило помощь данного проекта. Вместе с тем статья породила общее убеждение, что заслуга изобретения компьютера с программой, хранимой в памяти, в собственности фон Нейману.
Преждевременное распространение отчета стало причиной многолетнего конфликта и, в конечном итоге, стало причиной тому, что Мочли и Эккерту так и не удалось отстоять собственный право на патент. По многим причинам (среди которых история с отчетом занимала отнюдь не первое место) Мочли и Экерт в марте 1946 г. покинули Пенсильванский университет, основав собственную компанию. Благодаря утраты двух ведущих сотрудников работы над машиной «Эдвак» было нужно свернуть.
Не обращая внимания на разгоревшуюся полемику, сама мысль создания автомобили с программой, хранимой в памяти, начала обнаружить собственных энтузиастов, в особенности в Англии. Среди тех, кто взял экземпляр отчета о проекте «Эдвак», был сотрудник английской Национальной физической лаборатории Дж. Р. Уомерзли. Его пригласили в Соединенных Штатах для знакомства с работами над автомобилями «Эниак» и гарвардским «Марком-1». Возвратившись в Англию, Уомерзли привез с собой экземпляр отчета о разработке автомобили «Эдвак» и страстное желание начать подобные разработки в собственной стране.
Для работы над проектом он первым делом пригласил Алана Тьюринга, на протяжении войны принимавшего участие в создании сверхсекретной британской декодирующей автомобили «Колосс». Собственный первый вклад в теорию вычислений Тьюринг сделал десятилетием раньше, в то время, когда в возрас те 25 лет разместил статью «О вычислимых числах». В ней описывалось гипотетическое устройство, состоящее только из нескончаемой головки и бумажной ленты, которая имела возможность считывать и обрабатывать записанные на ней знаки. Машина была пригодна для ответа любой разрешимой математической либо логической задачи. Цель Тьюринга заключалась не в изобретении компьютера, а в описании задач, не имеющих ответы. Вместе с тем в гипотетической машине Тьюринга были предвосхищены кое-какие черты современных компьютеров. К примеру, нескончаемую ленту возможно разглядывать как необычную универсальную внутреннюю память.
Благодаря Тьюрингу машина «Колосс» великолепно справилась с расшифровкой донесений, создаваемых германской шифровальной машиной «Тайная». Не смотря на то, что машина «Колосс» была спроектирована как логический компьютер особого назначения, по существу она была достаточна универсальна, дабы решать множество разнообразных задач. И потому, что это первенствовала машина, в которой использовалось много электронных ламп (она вступила в эксплуатацию на два года раньше автомобили «Эниак»), она кроме этого стала базой для подготовки научных кадров в области электронных вычислительных автомобилей. Наличие квалифицированных экспертов разрешило Англии скоро включиться в гонку, призом в которой было создание компьютера с программой, хранимой в памяти. [По иронии судьбы примерно одновременно с этим, в то время, когда осуществлялся проект «Колосс», Конрад Цузе обратился к правительству (фашистской Германии) прося о выделении средств на создание подобного устройства для дешифровки британских тайных кодов. Характерно, что в этом устройстве кроме этого предполагалось применять электронные лампы. Но ходатайство Цузе было отклонено с мотивировкой, что война закончится прежде, чем такая машина получит.не сильный
Делая задание Уомерзли (изучить проект фон Неймана и выстроить компьютер, подобный машине «Эдвак»), Тьюринг создал замысел создания автомобили АСЕ (Automatic Computing Engine — автоматическое вычислительное устройство). Пользуясь буквенно-цифровым кодом, он кроме того написал для нее пара несложных программ. Но проект АСЕ натолкнулся на целую цепь бюрократических препон, что расстроило замыслы Тьюринга и заставило его отстраниться от работы задолго перед тем, как в 1950 г. она завершилась созданием уменьшенного умелого варианта автомобили.
Следующую «остановку» Тьюринг сделал в Манчестерском университете, где под управлением Макса Ньюмена велись работы над еще одним компьютерным проектом. Ньюмен, один из наибольших британских математиков, помогал в организации работ по проекту «Колосс» и, само собой разумеется, был отлично знаком с достижениями в данной области. Еще до прихода Тьюринга несколько Ньюмена выстроила маленькую действующую модель абсолютно электронного компьютера с хранимой в памяти программой, что, как и гарвардская машина, стал называться «Марк-1».
Внутренняя память манчестерского компьютера была выстроена на 6 электронно-лучевых трубках (ЭЛТ), подобных тем, какие конкретно используются в телевизорах и радиолокаторах. 21 июня 1948 г. манчестерский «Марк-1» реализовал первую в мире программу, хранимую в памяти автомобили, — поиск солиднейшего сомножителя заданного числа. Как с восхищением заявил Уильяме, «в нужном месте ярко светился ожидаемый итог».
До тех пор пока манчестерский «Марк-1» делал первые блестящие удачи на непроторенном пути, вторая несколько британцев из Кембриджского университета завершала работу над машиной, которой суждено было показать подлинные возможности компьютеров с хранимой в памяти программой. Машина «Эдсак» (EDSAC, от Electronic Delay Storage Automatic Computer — электронный непроизвольный вычислитель с памятью на линиях задержки) была в сущности прямой копией автомобили «Эдвак». Начальник университетской вычислительной лаборатории Морис Уилкс, пребывав летом 1946 г. в Соединенных Штатах, прослушал в том месте курс лекций, посвященный автомобилям с программами, хранимыми в памяти. Лекции просматривали Мочли, Экерт и другие сотрудники Пенсильванского университета.
Как и в проекте Мочли и Экерта, внутренняя память британской автомобили строилась на ртутных линиях задержки. Они действовали медленнее и были дороже, чем ЭЛТ, но разрешали хранить больший количество информации и, помимо этого, отличались более высокой надежностью. Компьютер «Эдсак», созданный на два года раньше, чем злополучный «Эдвак», вступил в строй спустя год по окончании манчестерского «Марка-1», в июне 1949 г.
Архитектура Неймана.
Компьютер — это электронное устройство, которое делает операции ввода информации, обработки и хранения ее по определенной программе, вывод взятых результатов в форме, пригодной для восприятия человеком. За любую из названных операций отвечают особые блоки компьютера:
устройство ввода,
центральный процессор,
запоминающее устройство,
устройство вывода.
Все эти блоки складываются из отдельных меньших устройств. В частности, в центральный процессор смогут входить арифметико-логическое устройство (АЛУ), внутреннее запоминающее устройство в виде регистров процессора и внутренней кэш-памяти, управляющее устройство (УУ). Устройство ввода, в большинстве случаев, также не есть одной конструктивной единицей. Потому, что виды входной информации разнообразны, источников ввода разрешённых может быть пара. Это относится и устройств вывода.
Схематично неспециализированная структура компьютера изображена на рис.1.
Рис. 1. Неспециализированная структура компьютера
Запоминающее устройство — это блок ЭВМ, предназначенный для временного (оперативная память) и продолжительного (постоянная память) хранения программ, входных и результирующих данных, и промежуточных результатов. Информация в оперативной памяти сохраняется временно только при подключенном питании, но оперативная память имеет большее быстродействие. В постоянной памяти эти смогут сберигаться кроме того при отключенном компьютере, но скорость обмена данными между центральным процессором и постоянной памятью, практически во всех случаях, намного меньше.
Арифметико-логическое устройство — это блок ЭВМ, в котором происходит преобразование данных по командам программы: арифметические действия над числами, преобразование кодов и др.
Управляющее устройство координирует работу всех блоков компьютера. В определенной последовательности он выбирает из оперативной памяти команду за командой. Любая команда декодируется, по потребности элементы данных из указанных в команде ячеек оперативной памяти передаются в АЛУ; АЛУ настраивается на исполнение действия, указанной текущей командой (в этом действии смогут учавствовать кроме этого устройства ввода-вывода); дается команда на исполнение этого действия. Данный процесс не будет прекращаться до тех пор, пока не появится одна из следующих обстановок: исчерпаны входные эти, от одного из устройств поступила команда на прекращение работы, отключено питание компьютера.
Обрисованный принцип построения ЭВМ носит название архитектуры фон Неймана — американского ученого венгерского происхождения Джона фон Неймана, что ее внес предложение.
Современную архитектуру компьютера определяют следующие правила:
Принцип программного управления. Снабжает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. В соответствии с этому принципу, для ответа каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера. Эффективность программного управления будет выше при ответе задачи данной же программой неоднократно (не смотря на то, что и с различными начальными данными).
Принцип программы, сохраняемой в памяти. В соответствии с этому принципу, команды программы подаются, как и эти, в виде чисел и обрабатываются равно как и числа, а сама программа перед исполнением загружается в оперативную память, что активизирует процесс ее исполнения.
Принцип произвольного доступа к памяти. В соответствии с этим принципом, элементы программ и разрешённых могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что разрешает обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра прошлых.
На основании этих правил возможно утверждать, что современный компьютер — техническое устройство, которое по окончании ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной также цифровыми кодами, способно машинально осуществить вычислительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты ответа задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.
Настоящая структура компьютера существенно сложнее, чем рассмотренная выше (ее возможно назвать логической структурой). В современных компьютерах, в частности персональных, все чаще происходит отход от классической архитектуры фон Неймана, обусловленный рвением пользователей и разработчиков к производительности компьютеров и повышению качества. Уровень качества ЭВМ характеризуется многими показателями. Это и комплект команд, каковые компьютер талантливый осознавать, и скорость работы (быстродействие) центрального процессора, количество периферийных устройств ввода-вывода, присоединяемых к компьютеру одновременно и т.д. Главным показателем есть быстродействие — количество операций, какую процессор способен выполнить за единицу времени. На практике пользователя больше интересует производительность компьютера — показатель его действенного быстродействия, другими словами способности не просто скоро функционировать, а скоро решать конкретные задачи.
Как следствие, все эти и другие факторы содействуют принципиальному и конструктивному усовершенствованию элементной базы компьютеров, другими словами созданию новых, более стремительных, надежных и эргономичных в работе процессоров, запоминающих устройств, устройств ввода-вывода и т.д. Однако, направляться учитывать, что скорость работы элементов нереально увеличивать беспредельно (существуют современные ограничения и технологические ограничения, обусловленные физическими законами). Исходя из этого разработчики компьютерной техники ищут решения данной неприятности усовершенствованием архитектуры ЭВМ.
Так, показались компьютеры с многопроцессорной архитектурой, в которой пара процессоров трудятся в один момент, а это указывает, что производительность для того чтобы компьютера равняется сумме производительностей процессоров. В замечательных компьютерах, предназначенных для сложных систем и инженерных расчётов автоматизированного проектирования (САПР), довольно часто устанавливают два либо четыре процессора. В сверхмощных ЭВМ (такие автомобили смогут, к примеру, моделировать ядерные реакции в реальном времени, прогнозировать погоду в глобальном масштабе) количество процессоров достигает нескольких десятков.
Скорость работы компьютера значительным образом зависит от быстродействия оперативной памяти. Исходя из этого, всегда ведутся поиски элементов для оперативной памяти, затрачивающих меньше времени на операции чтения-записи. Но вместе с быстродействием возрастает цена элементов памяти, исходя из этого наращивание быстродействующей оперативной памяти нужной емкости не всегда приемлемо экономически.
Неприятность решается построением многоуровневой памяти. Оперативная память складывается из двух-трех частей: главная часть большей емкости строится на довольно медленных (более недорогих) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) складывается из быстродействующих элементов. Эти, к каким значительно чаще обращается процессор находятся в кэш-памяти, а больший количество своевременной информации хранится в главной памяти.
Раньше работой устройств ввода-вывода руководил центральный процессор, что занимало много времени. Архитектура современных компьютеров предусматривает наличие каналов прямого доступа к оперативной памяти для обмена данными с устройствами ввода-вывода без участия центрального процессора, и передачу большинства функций управления периферийными устройствами специальным процессорам, разгружающим центральный процессор и повышающим его производительность.