Architektúra počítača

Číslicový počítač a jeho časti

Pojmom počítač označujeme stroje určené na spracovanie informácií. Pracujú samostatne podľa vopred zadaného programu. V historickom vývoji sa objavili rôzne princípy – mechanické, elektronické, analógové, číslicové, hybridné. V súčasnosti hovoríme takmer výlučne o číslicových elektronických počítačoch.
Klasické delenie počítačov vychádza z ich veľkosti:

• Strediskové počítače (mainframe) – vynikajú veľkou rýchlosťou a schopnosťou spracovávať dáta od viacerých užívateľov.
• Minipočítače a pracovné stanice – menšie a jednoduchšie. Uplatňujú sa v konštrukčných kanceláriách, laboratóriách, pri riadení technologických procesov.
• Osobné počítače – bežné vybavenie kancelárií, škôl, domácností.
• Mikropočítače – najnižší výkon. Používajú sa ako počítače pre domácnosť (na riadenie domácich zariadení – mikrovlnky, práčky, kúrenie, TV) ale aj v automobiloch, čerpacích staniciach, predajných automatoch a pod.

Presné delenie sa však nedá stanoviť, pretože výkony, mechanické rozmery, cena počítačov sa v poslednej dobe veľmi rýchlo menia.
Všetky počítače však pracujú na podobnom princípe a s rovnakou štruktúrou.  Základ tvorí centrálna procesorová jednotka (CPU), ktorá vykonáva postupnosť činností zadaných programom. Vyberá jednotlivé inštrukcie z pamäti, v ktorej je uložený vykonávaný program, dekóduje ich a vykoná príslušnú operáciu. Program a dáta sú uložené v pamäti počítača. Pamäť má v počítači nezastupiteľné miesto, pretože bez uloženia stavu  z predchádzajúcich operácií a miesta aktuálneho bodu v programe, by sa počítač stal kombinačným obvodom. Vstupno/výstupné zariadenia sú nutné na zadávanie údajov pre počítač a prevzatie výsledných dát z počítača.
V prípade, že základné časti počítača sú integrované do jedného púzdra vznikne monolitický mikropočítač (jednočipový).

Von Neumannova architektúra počítača.

Používa jednu pamäť pre program aj pre dáta. Pri tejto koncepcii nie je jednoznačne určené, kde v pamäťovom priestore sú uložené dáta a kde program.
Používa sa pre univerzálne počítačové systémy, pri ktorých nie je daný pevný pomer medzi rozsahom programu a dát.

Jadrom počítača je  centrálna procesorová jednotka (CPU – CONTROL PROCESSING UNIT). Tvorí ju integrovaný obvod, ktorý v sebe zahŕňa riadiacu jednotku a aritmeticko-logickú jednotku.
Riadiaca jednotka  je zložitý obvod, ktorý zabezpečuje riadenie celého počítača, vydáva ostatným častiam príkazy pre vykonanie programom spracovaných činností a kontroluje splnenie týchto príkazov.
Je veľmi rýchla, jej činnosť prebieha v taktoch, pričom bežné procesory dnes dosahujú rýchlosť až do 4 GHz.
Obsahuje:

• inštrukčný register – IR
• čítač inštrukcií – PC (program counter) – register adresy inštrukcie

V inštrukčnom registri je uložená inštrukcia, ktorú počítač práve vykonáva. V čítači inštrukcie je zapamätaná adresa pamäťového miesta, kde je uložená ďalšia inštrukcia. Čítač sa inkrementuje po každej vykonanej inštrukcii.

Aritmeticko-logická jednotka je výkonnou jednotkou, v ktorej sa spracúvajú informácie. Je to jednoduchý, ale veľmi rýchly obvod, ktorý realizuje nepredstaviteľnou rýchlosťou aritmetické a logické operácie. Vykonáva príkazy riadiacej jednotky a spracúva údaje získané z operačnej pamäti.

Jednotlivé časti procesora sú sústredené okolo obojsmernej zbernice, po ktorej sa prenášajú údaje aj inštrukcie. Zbernica je n-bitová a pre daný typ procesora je konštantná.

Von Neumannovu schému môžeme rozšíriť o ďalšie časti  nasledovne:

Údaje a programy vkladáme do počítača cez vstupné zariadenie.
Pamäť slúži na uloženie informácií a programu (inštrukcií) vstupujúcich do počítača, medzivýsledkov, výstupných údajov a grafických informácií. Pamäť počítača delíme na operačnú (vnútornú), ktorú počítač používa keď pracuje a používateľskú (vonkajšiu), ktorá uchováva údaje a programy v čase kedy je počítač vypnutý.

Jednotlivé časti počítača sú prepojené zbernicou.

Čas potrebný na vykonanie inštrukcie sa nazýva inštrukčný cyklus. Zahŕňa nasledujúce činnosti:

• Vyslanie adresy inštrukcie z procesora do pamäti
• Prenos inštrukcie  z pamäti do procesora
• Dekódovanie a vykonanie inštrukcie v procesore.

 Pozrite si prezentáciu TU.