Projekt DIGIT – digitalizace výuky na ISŠTE Sokolov III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT VY_32_INOVACE_1_2_01 Název vzdělávacího materiálu Architektura počítačů Jméno autora Ing. Bulka Josef Tématická oblast Hardware počítačů a operační systémy Vzdělávací obor Všechny obory školy Předmět Informační a komunikační technologie Ročník 1. a 2. ročník Návaznost na ŠVP Podle rozpisu učiva pro 1. a 2. ročníky školy. Rozvíjené klíčové kompetence Kompetence k učení, řešení problému, komunikativní, pracovní, personální a sociální a personální. Průřezové téma Informační a komunikační technologie, Člověk a svět práce, Člověk a životní prostředí, Občan v demokratické společnosti. EU peníze školám“ Projekt DIGIT – digitalizace výuky na ISŠTE Sokolov reg.č. CZ.1.07/1.5.00/34.0496

Použitá literatura a zdroje Internet – Wikipedia Časový harmonogram 06/2012 – 03/2014 Použitá literatura a zdroje Internet – Wikipedia Klimeš, Skalka ,Lovászová, Švec -Informatika pro maturanty a zájemce o studium na vysokých školách. ISBN978-80-89132-71-3 Pomůcky a prostředky Dataprojektor, výpočetní technika, názorné pomůcky a díly hardware z oblasti výpočetní techniky. Anotace Problematika počítačové gramotnosti , pojmy informační a komunikační technologie (ICT). Způsob využití výukového materiálu ve výuce Výklad a cvičení. Opakování a domácí příprava žáků na vyučování Datum (období) vytvoření vzdělávacího materiálu září 2012 Tento výukový materiál je plně v souladu s Autorským zákonem ( jsou zde dodržována všechna autorská práva). Pokud není uvedeno jinak, autorem textů a obrázků je Ing. Josef Bulka

Architektura počítačů Ing. Bulka Josef

Architektura počítače je ideový návrh počítače, jeho charakter, logické rozdělení na části a stanovení jeho vlastností. V praxi se používají dvě základní architektury - von Neumannova a harwardská (Aikenova). Architekturu musíme moderně chápat jako pohled na podstatné vlastnosti počítačů. . John von Neumann Howard Aiken

Vlastnosti počítačů můžeme rozdělit do čtyř základních kategorií: Struktura, uspořádání: popis jednotlivých funkčních částí a jejich propojení Součinnost, interakce: popis řízení dynamické komunikace mezi funkčními bloky Realizace, provedení: popisuje vnitřní strukturu jednotlivých funkčních bloků Funkcionalita, činnost: výsledné chování počítače jako celku

Architektura podle Johna von Neumanna Americký matematik maďarského původu John von Neumann definoval v roce 1945 základní koncepci počítače EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Byl to výsledek výzkumu týmu odborníků Univerzity státu Pensylvánie ve Filadelfii, kteří tak položili základ koncepce počítače řízeného obsahem paměti. Od té doby se objevilo několik různých modifikací i odlišných modelů, ale v podstatě se počítače, tak jak je známe v dnešní době, konstruují podle tohoto modelu. Jednotlivé části a jejich vzájemné propojení je na obrázku.

Paměťový prostor je společný pro program i data. Řadič Výstupy Vstupy Paměť ALU Paměťový prostor je společný pro program i data.

John von Neumann navrhl architekturu samočinného počítače, která se používá dodnes. Tento počítač se skládá z pěti hlavních komponent - procesoru (ALU - aritmeticko-logická jednotka), řadiče, operační paměti, vstupního zařízení a výstupního zařízení. Programy i data se ukládaly do téže paměti Princip činnosti počítače byl poměrně jednoduchý. Nejprve s pomocí vstupního zařízení a procesoru vložíme do paměti program, poté stejným způsobem data. Jakmile je vše potřebné uloženo v paměti, začne probíhat výpočet. Ten provádí procesor, mezivýsledky jsou ukládány do operační paměti. Po dokončení výpočtu je výsledek odeslán na výstupní zařízení.

Architektura Harvardská (Aiken) Několik let po von Neumannovi, vývojový tým odborníků, pod vedením hlavního inženýra Howarda Aikena, přišel s vlastní koncepcí počítače, která se sice od Neumannovy příliš nelišila, ale odstraňovala některé její nedostatky. Název koncepce pochází z počítače Harvard Mark1 V podstatě jde pouze o oddělení paměti pro data a program.

Paměťový prostor je rozdělen zvlášť pro program a zvlášť pro data. Řadič Výstupy Vstupy Paměť Prog. Data ALU Paměťový prostor je rozdělen zvlášť pro program a zvlášť pro data.

Koncepce von Neumannova Výhody: Rozdělení paměti pro kód a data určuje programátor Řídící jednotka procesoru přistupuje do paměti pro data i pro instrukce jednotným způsobem Jedna sběrnice - jednodušší výroba Nevýhody: Společné uložení dat a kódu může mít při chybě za následek přepsání vlastního programu, Jediná sběrnice tvoří úzké místo.

Koncepce Harvardská (Aikenova) Výhody: Program nemůže přepsat sám sebe Paměti mohou být vyrobeny odlišnými technologiemi Každá paměť může mít jinou velikost nejmenší adresovací jednotky Dvě sběrnice umožňují jednoduchý paralelizmus, kdy lze přistupovat pro instrukce i data současně Nevýhody: Dvě sběrnice kladou vyšší nároky na vývoj řídící jednotky procesoru a zvyšují i náklady na výrobu výsledného počítače Nevyužitou část paměti dat nelze použít pro program a obráceně

Pracovní list

Pokuste se sestavit schéma koncepce počítače podle Johna von Neumanna. Řadič Výstupy Paměť ALU Vstupy

Pokuste se sestavit schéma harvardské koncepce počítače ALU Výstupy Vstupy Paměť Data Prog. Řadič

Test a ověření znalostí

Koncepce počítače se společným prostorem pro data i program se nazývá? Harvardská Von Neumannova Gatesova Koncepce počítače s fyzicky odděleným prostorem pro data i program se nazývá?

Struktura počítače ? Popisuje jednotlivé funkčních části a jejich propojení v počítači Popisuje vnitřní strukturu jednotlivých funkčních bloků Popisuje výsledné chování počítače jako celku Funcionalita- činnost? Určuje vnitřní strukturu jednotlivých funkčních bloků

Seznam odkazů a použité literatury: http://cs.wikipedia.org/wiki/Harvardska_architektura http://cs.wikipedia.org/wiki/Von_Neumannova_architektura http://cs.wikipedia.org/wiki/John_von_Neumann Klimeš, Skalka, Lovászová, Švec -Informatika pro maturanty a zájemce o studium na vysokých školách. ISBN978-80-89132-71-3 Horst Jansen – Heinrich Rotter a kolektiv – Informační a komunikační technika, Europa – Sobotáles, Praha 2004.