Хранение данных.

Различают устройства хранения информации, реализованные в виде электронных схем, и накопители информации.

В современной компьютерной науке информация представляется как последовательность битов. Бит – двоичный разряд – является одним из двух чисел – 0 или 1, которые рассматриваются просто как символы, не имеющие числового значения.

Современным способом хранения битов является конденсатор, который состоит из двух небольших металлических пластин, расположенных параллельно друг другу на некотором расстоянии. Если к пластинам подсоединить источник напряжения: к одной пластине — положительный полюс, к другой — отрицательный, заряды из источника перейдут на пластины. Теперь, если убрать источник напряжения, то заряды останутся на пластинах. Если соединить пластины, то возникнет электрический ток, и заряды будут нейтрализованы. Таким образом, конденсатор может находиться в одном из двух состояний (заряжен и разряжен), одно из которых может быть принято за 0, другое — за 1. Современные технологии позволяют создать миллионы крошечных конденсаторов, объединенных в одну цепь на одной пластине, называемой чипом.

Оперативная память.

Назначение оперативной памяти – хранение данных, которые могут потребоваться в ближайшее время.

Запоминающие схемы в оперативной памяти компьютера объединены в управляемые единицы, называемые ячейками памяти (сеll), при этом стандартный размер ячейки равен восьми битам (байт). Килобайт = 1024 (то есть 2¹⁰) ячейки.

Для того чтобы идентифицировать ячейки в оперативной памяти, каждой из них приписывается уникальное имя, которое называется адресом.

Считается, что ячейки памяти расположены в ряд и пронумерованы в этом порядке, начиная с нуля. Такая система адресации не только позволяет единственным образом определить ячейку памяти, но также упорядочивает их, позволяя употреблять по отношению к ним такие выражения, как «следующая ячейка» или «предыдущая ячейка».

Другим следствием представления оперативной памяти в виде упорядоченных ячеек с адресом является возможность индивидуального доступа к каждой ячейке, то есть данные, хранящиеся в оперативной памяти компьютера, могут обрабатываться в случайном порядке.

Другие схемы могут получить данные из памяти, запрашивая содержимое ячейки по определенному адресу (операцией чтения), или они могут записывать информацию в память, требуя, чтобы определенная последовательность битов была помещена в ячейку по определенному адресу (операцией записи).

Процессор

Процессор — устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера. Современный процессор представляет собой микросхему, или чип (англ. chip — чип), выполненную на миниатюрной кремниевой пластине — кристалле. Поэтому его принято называть микропроцессором.

Центральный процессор или ЦП (часто просто процессор) состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), которое содержит схему, манипулирующую данными, и устройства управления, которое содержи: схему, координирующую деятельность машины.

Для временного хранения информации в процессоре содержатся ячейки, или регистры, которые похожи на ячейки оперативной памяти. Они служат для временного хранения данных, обрабатываемых центральным процессором.

Скорость передачи данных измеряется в битах в секунду. Существует два основных способа передачи данных: параллельный и последовательный. Этими терминами обозначают способ передачи битов относительно друг друга. В случае параллельной связи несколько битов передаются одновременно, каждый по отдельному проводнику (линии), Такая техника позволяет быстро передавать данные, но требует достаточно сложной линии связи. При последовательной передаче за один раз передается только один бит. Такая техника передачи данных медленнее, но для нее требуется более простой канал связи, поскольку все биты передаются по одной линии.

Вследствие такого строения компьютера задача сложения двух значений, хранящихся в оперативной памяти, представляет собой больше, чем простое выполнение операции сложения. Этот процесс включает в себя и работу устройства управления, которое координирует передачу информации между оперативной памятью и регистрами, находящимися в центральном процессоре, и работу арифметико-логического устройства, которое выполняет операцию сложения по команде устройства управления.

Процесс сложения двух чисел можно разбить на пять шагов:

1. взять одно из значений из памяти и поместить его в регистр;

2. взять другое значение из памяти и поместить его в другой регистр;

3. активировать схему сложения, на входе которой будут данные из регистров;

4. сохранить результаты в памяти;

5. стоп.

Список команд (машинных команд) , которые должен выполнять и декодировать центральный процессор можно разделить на три группы:

- команды передачи данных (предписывают перемещение данных из одного места в другое. Как пример, шаги 1,2 (команды загрузки) и 4 (команда сохранения) вышерассмотренного алгоритма. В команды передачи данных входят инструкции для связи центрального процессора с внешними устройствами)

- арифметико-логические команды (в примере шаг 3. К этим командам относятся и команды сдвига)

- команды управления (управляют процессом выполнения программы. В примере шаг 5. Это команды перехода (условного и безусловного) и ветвления)).

Основным устройством обработки информации в ЭВМ является арифметико-логическое устройство, входящее в состав процессора. Его основой является электронная схема, составленная из большого числа транзисторов, называемая сумматором.

Важной характеристикой процессора является его производительность (количество элементарных операций, выполняемых им за одну секунду), которая и определяет быстродействие компьютера в целом. В свою очередь, производительность процессора зависит от двух других его характеристик — тактовой частоты и разрядности.

Тактовая частота определяет число тактов работы процессора в секунду. Под тактом мы понимаем чрезвычайно малый промежуток времени, измеряемый микросекундами, в течение которого может быть выполнена элементарная операция, например сложение двух чисел. Современный персональный компьютер может выполнять миллионы и миллиарды таких элементарных операций в секунду. Для числового выражения тактовой частоты используется единица измерения частоты — мегагерц (МГц) — миллион тактов в секунду. Тактовая частота современных микропроцессоров составляет более 100 МГц.

Разрядность процессора определяет размер минимальной порции информации, над которой процессор выполняет различные операции обработки. Процессор в зависимости от его типа может иметь одновременный доступ к 8, 16, 32, 64 битам.

Взаимодействие между компьютером и другими устройствами обычно происходит через контроллер. Устройства, которые осуществляют обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами называются контроллерами или адаптерами, иногда картами. Контроллер представляет собой плату, которая вставляется в гнездо материнской платы.