Логічні основи ЕОМ

Будь-який пристрій чи механізм, створений людиною, будується на основі певних закономірностей його роботи, які будуть виділяти його через особливості застосування та функціональні можливості. Потреба в задоволенні насущних потреб є головним стимулом розробки нових видів машин, технологій і т.д. Така можливість забезпечується накопиченням знань в багатьох галузях науки і техніки, застосування яких дозволяє створити спочатку логічні передумови нових областей техніки, наприклад, логічні основи ЕОМ, а потім і втілити їх у нових видах обладнання. Простою людською мовою це називається «технічний прогрес».

Поштовхом виникнення ЕОМ стали два рушійних мотиву: потреба у великих обсягах переробки інформації та досягнення в різних галузях науки і техніки (електрика, математика, фізика і техніка напівпровідників, металургія та багато інших). Перші зразки електронних обчислювальних пристроїв підтвердили принципи роботи ЕОМ і почалася ера бурхливого розвитку нового класу технічних об`єктів, що одержали назву «електронні обчислювальні машини».

Для реалізації технічної ідеї обчислювального пристрою були сформульовані логічні основи ЕОМ з використанням алгебри логіки, що визначили набір функцій і теоретичну базу. Закони алгебри логіки, яка визначила логічні основи комп`ютера, сформулював ще в 19-му столітті англієць Дж. Буль. Фактично, це теоретична база систем цифрової обробки інформації. Її суть складають правила логічних відносин між числами: кон`юнкція, диз`юнкція та інші, що дуже схоже на добре відомі основні співвідношення між числами в арифметиці - множення, додавання і т.д. Числа в булевої алгебри мають двоичное поданням, тобто зображуються цифрами тільки 1 і 0. Дії з числами описуються додатковими символами алгебри логіки. Ці елементи математики дозволяють комбінацією найпростіших логічних законів описати будь-яку обчислювальну задачу або управляє вплив спеціальними символами, тобто, «написати програму». За допомогою пристрою введення ця програма «завантажується» в ЕОМ і служить «розпорядженням» для неї, яке належить виконати.

Пристроєм введення перетворює вхідні символи в електричні сигнали у вигляді двійкового коду, а дії над ними - пересилання і перетворення, що реалізують виконання арифметичних і логічних дій, виконуються електронними пристроями, які називаються вентилі, суматори, тригери і т.д. Вони і складають технічну начинку ЕОМ, де їх кількість сягає десятків тисяч елементів.

Конструкція ЕОМ містить 4 основних вузла: УУ - вузол керування, ОЗУ і ПЗУ - вузол оперативної та постійної пам`яті, АЛП - арифметико-логічний пристрій, УВВ - пристрій введення виведення. Безумовно, кожне з них дотримується закладені в конструкцію логічні основи ЕОМ. Робочий процес комп`ютера складається з завантаження в ОЗУ або ПЗУ робочої програми, написаної в спеціальних кодах, яка зберігається на перфокартах, магнітних стрічках, магнітних і оптичних дисках та інших носіях інформації. Ця програма призначена для маніпуляцій УУ з потоками поточної або робочої інформації та отримання запрограмованого результату, наприклад, виведення зображення на монітор або перетворення аудіосигналу в цифровій і т.д. Для цього УУ виконує безліч пересилань інформаційних блоків між усіма пристроями, що входять в ЕОМ.

Основним «мозковим центром» комп`ютера є АЛУ - виконавець всіх арифметичних і логічних операцій. В даний час функції АЛУ виконує пристрій під назвою процесор або мікропроцесор, який являє собою напівпровідниковий прилад розміром з пару сірникових коробок, з набором неймовірної кількості функцій. Поступово до складу мікропроцесора додавалися функції управління зовнішніми пристроями - моніторами, принтерами і т.д. Останні розробки в цій області дозволили створити мікропроцесори з повним набором функціональних пристроїв ЕОМ, завдяки чому і з`явилися однокристальних комп`ютери кишенькового формату і можливостями повноцінної ЕОМ. Дивно те, що логічні основи ЕОМ, розроблені колись для перших обчислювальних пристроїв, не зазнали змін і до теперішнього часу.