Princíp práce počítača Von Neumannova schéma John von Neumann • Americký matematik maďarského pôvodu (narodený 28.12.1903 v Budapešti, zomrel 5. 2.1957 vo Washington DC) • V období II. sv. vojny sa spolupodieľal na riešení problémov konštrukcie atómovej bomby z matematického hľadiska • V rokoch 1944 – 1945 sa podieľal na stavbe prvého elektronického počítača s označením EDVAC, bol riaditeľom projektu - Electronic Computer Project • V roku 1945 spoločne so svojimi spolupracovníkmi navrhol schému fungovania počítača - Von Neumannovu architektúru • Von Neumannova schéma počítača bola publikovaná v roku 1945 v článku "First Draft of a Report on the EDVAC" • Na sklonku života sa zaoberal možnosťami prepojenia ľudského mozgu a moderného počítača Bloková schéma počítača Bloky schémy (spracovanie) • • • • • ALU (aritmeticko logická jednotka) Pamäť (operačná pamäť) Radič (riadiaca jednotka počítača) Vstupná jednotka (vstupné zariadenia) Výstupná jednotka (výstupné zariadenia) Komunikačné prvky (toky informácií) • Riadiace signály radiča • Stavové hlásenia radiča • Dátové toky (Neumannova schéma) Princíp činnosti počítača podľa von Neumanna Rok 1945 Rok 2020 • Do operačnej pamäte sa pomocou vstupných zariadení (klávesnica, myš, pevný disk, externé vstupy) umiestni program, ktorý sa bude vykonávať požadované výpočty. Rovnakým spôsobom sa do pamäte umiestnia potrebné dáta. • Prebehne vlastný výpočet, pričom jednotlivé kroky vykonáva ALU. Táto jednotka je v priebehu výpočtu spolu s ostatnými modulmi riadená radičom procesora počítača. Medzivýsledky sú ukladané do registrov procesora a do operačnej pamäte. Radič procesora vyhodnotí zadaný príkaz, zistí akými operáciami sa dá vyriešiť tieto informácie postúpi ďalej ALU. • Po skončení výpočtov sú výsledky poslané cez ALU na výstupné zariadenia pomocou radiča komunikujúceho s perifériami. Procesor Bloková schémá procesora Intel 8086 (Centrálna riadiaca jednotka) Popis púzdra CPU 8086 • Riadiaca jednotka (RJ) - riadi činnosť celého procesora vysielaním riadiacich signálov a spracúvaním stavových hlásení pre radič v rámci procesora, koordinuje spoluprácu a adresovanie pamäte správne časovanie inštrukcií • Aritmeticko-logická jednotka (ALU) – vykonáva aritmetické a logické operácie. Obsahuje bloky určené na aritmetické operácie ako sčítanie, odčítanie, násobenie a delenie a bloky na logické operácie ako porovnávanie a pod. Úlohou ALU je krok po kroku vykonávať program uložený v pamäti • Procesor vykonáva inštrukcie programu postupne, tak ako sú adresované RJ z operačnej pamäte spracovanie prebieha v dvojkovej sústave Radič (Radič periférií) • Radič je spoločne s procesorom zodpovedný za komunikáciu komponentov v počítači • Pamäťový radič (Northbridge) – jeho úlohou je vysielať riadiace signály, spracúvať stavové hlásenia a adresovať pamäťové bloky operačnej pamäte a grafickej pamäte • I/O radič (Southbridge) – má za úlohu vysielať riadiace signály, spracúvať stavové hlásenia periférnych zariadení (disky, displeje, klávesnice) • Pre správne fungovanie procesora, radičov a periférnych zariadení je dôležitý generátor hodín, ktorý generuje hodinový signál slúžiaci na synchronizáciu zariadení v počítači Pamäť (Operačná pamäť) • Operačná pamäť slúži pre uloženie programového kódu a dát programu. Zároveň sú do nej ukladané medzi-výpočty a výsledky • Hodnoty v operačnej pamäti sú reprezentované binárnymi „0“ a „1“, ktoré sú v pamäti umiestňované na rôznych miestach – adresách. Adresy umiestnenia hodnôt sú dekódované z údajov od radiča pamätí Dekódovanie adresy na zodpovedajúce riadky a stĺpce v RAM • V pamäťovom module sa nachádza elektronika, ktorá adresu prevádza adresu z radiča pamäte na súradnicu pamäťového miesta určenú po dekódovaní zodpovedajúceho riadka a stĺpca • Operačná pamäť sa vypnutím počítača vynuluje, neslúži na trvalé uloženie údajov. Vstupná jednotka (V/V zariadenia) Scanner Klávesnica a myš SSD disk M.2 SSD disk • Vstupné zariadenia počítačov zabezpečujú vstup údajov do počítača. Medzi najbežnejšie vstupné zariadenia slúžia klávesnice, myši • Pre spracovanie dokumentov sa používajú skenery, ktoré využívajú optické snímanie obrazu a jeho prevod do počítača. Pre vstup obrazových dát formou obrázkov slúžia digitálne fotoaparáty a kamery • Pre pripojenie zariadení sa používajú rôzne druhy káblov napr. (USB, PS/2, RJ45, IEEE 1394, eSATA, SATA) • Vstupno/výstupné zariadenia slúžiace na trvalé uloženie údajov sú pevné disky a novšie SSD disky a dátové pásky Digitálny fotoaparát Výstupná jednotka (V/V zariadenia) Laserová tlačiareň • Výstupné zariadenia počítačov zabezpečujú výstup údajov z počítača. Medzi najbežnejšie výstupné zariadenia monitory a tlačiarne • Výstupné dáta sú za pomoci grafickej karty, ktorá je riadená GPU zobrazované na monitore počítača, to umožňuje spracúvať kancelárske agendy, ale aj riešiť grafické a konštrukčné úlohy. • Tlačiarne zabezpečujú výstup spravidla na papier alebo iné médium, podľa technológie tlače sa rozdeľujú na laserové, atramentové a ostatné (napr. plottre, iné špecializované zariadenia) LCD monitor Atramentová tlačiareň 3D tlačiareň • Pre pripojenie zariadení sa používajú rôzne druhy káblov napr. (USB, PS/2, RJ45, IEEE 1394, eSATA, SATA) Plotter grafický/rezací Zoznam zdrojov Internet: John von Neumann https://en.wikipedia.org/wiki/John_von_Neumann Koncepcia Johna von Neumanna https://sk.wikipedia.org/wiki/Koncepcia_Johna_von_Neumanna Von Neumannova schéma https://oskole.detiamy.sk/clanok/von-neumannova-schema-3989 EDVAC https://www.thocp.net/hardware/edvac.htm Centrální procesorová jednotka Čipová sada Elektronická paměť Monitor (obrazovka) Počítačová tiskárna https://cs.wikipedia.org/wiki/Centr%C3%A1ln%C3%AD_procesorov%C3%A1_jednotka https://cs.wikipedia.org/wiki/%C4%8Cipov%C3%A1_sada https://cs.wikipedia.org/wiki/Elektronick%C3%A1_pam%C4%9B%C5%A5 https://cs.wikipedia.org/wiki/Monitor_(obrazovka) https://cs.wikipedia.org/wiki/Po%C4%8D%C3%ADta%C4%8Dov%C3%A1_tisk%C3%A1rna