von Neumannovo schéma Střední odborná škola Otrokovice

Prezentace na téma: "von Neumannovo schéma Střední odborná škola Otrokovice"— Transkript prezentace:

1 von Neumannovo schéma Střední odborná škola Otrokovice
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Miroslav Hubáček. Dostupné z Metodického portálu ISSN:  , financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

2 Charakteristika 1 DUM Název školy a adresa
Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ /4 Autor Ing. Miroslav Hubáček Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-Gu-IKT/1-VT-3/7 Název DUM von Neumannovo schéma Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 28-52-H/01 Obor vzdělávání Gumař-plastikář Vyučovací předmět Informační a komunikační technologie Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 15 – 16 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: vysvětlení pojmu výpočetní systém, modely systému, architektura počítače, funkční schéma Vybavení, pomůcky Počítač, dataprojektor, interaktivní tabule Klíčová slova Von Neumann, Harward, architektura výpočetního systému, funkční schéma počítače Datum

3 von Neumannovo schéma Náplň výuky Architektura výpočetních systémů
Systém von Neumann Systém Harvard Aplikace v praxi

4 Výpočetní systémy Počítačové systémy lze rozdělit z hlediska způsobu zpracování dat na analogové digitální Analogový počítač je zařízení, které je používáno pro simulování fyzikálních dějů pomocí elektrických veličin Zpracovává analogové signály, na jejichž změnu reaguje téměř okamžitě Proto byly v 2. polovině 20. století analogové počítače využívány pro řešení složitých matematických úloh a simulací Se vzrůstajícími požadavky na zpracování dat byly od 50. let kombinovány s číslicovými počítači, kterými byly nahrazeny

5 Koncepce počítačových systémů
Von Neumann John von Neumann je původem maďarský matematik, který značnou měrou přispěl k oborům jako jsou kvantová fyzika, ekonomika a hlavně informatika von Neumannova architektura digitálního počítače vznikla kolem roku 1946 základní moduly navrženého počítače jsou: vstupní a výstupní jednotky operační paměť aritmeticko-logická jednotka řadič tato koncepce tvoří základ architektury současných počítačů

6 Neumann János, narozen 28. prosince 1903 v Budapešti
Obr. 1: von Neumann

7 Struktura von Neumann řídící jednotka, aritmeticko-logická jednotka, paměť, vstupní zařízení, výstupní zařízení struktura je nezávislá na zpracovávaných úlohách programy, data, mezivýsledky a konečné výsledky se ukládají do téže paměti paměť je rozdělená na stejně velké buňky, které jsou průběžně očíslované, přes číslo buňky (adresu) se dá přečíst nebo změnit obsah buňky po sobě jdoucí instrukce programu se uloží do paměťových buněk jdoucích po sobě, přístup k následující instrukci se uskuteční z řídící jednotky zvýšením instrukční adresy o 1 instrukcemi skoku se dá odklonit od zpracování instrukcí v uloženém pořadí

8 Von Neumannovo schéma počítače
Obr. 2: struktura počítače von Neumann

9 Von Neumannovo schéma počítače
Komunikace mezi jednotkami probíhá po sběrnici Periférie výstupní Paměť ALU Sběrnice vstupní Řadič Obr. 3: struktura počítače von Neumann se sběrnicí

10 Von Neumannovo schéma počítače
ALU (aritmeticko-logická jednotka) se spolu s řadičem vyrábí jako jediná součástka – procesor (CPU) a periférie bývají vstupní a výstupní zároveň. Periférie (vstup, výstup) Paměť CPU Obr. 4: zjednodušená struktura počítače von Neumann

11 Harvardská architektura
tato architektura byla navržena Howardem Aikenem v třicátých letech minulého století na Harvardské univerzitě ve Spojených státech odděluje paměť programu a dat a jejich spojovací obvody na této architektuře byl postaven počítač Harvard Mark I počítač měl strojové instrukce uloženy na děrné pásce a data na elektromechanických deskách Harvardská architektura byla oblíbená především u počítačů, které vznikly v šedesátých letech a začátkem sedmdesátých let minulého století je také využívána u mnohem později vzniklých microcontrollerů

12 Harvardská architektura
Periférie (vstup, výstup) Paměť programu CPU dat Obr. 5: struktura počítače harvardského typu

13 Harvardská architektura
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 paralelní chod, kdy lze přistupovat pro instrukce i data současně Nevýhody: hlavní nevýhodou je větší technologická náročnost daná nutností vytvořit dvě sběrnice  nevyužitou část paměti dat nelze použít pro program a obráceně

14 Moderní architektura procesorů
v posledních letech se rychlost procesorů zněkolikanásobila v poměru k rychlosti přístupové doby hlavní paměti je tedy tendence zredukovat počet přístupů do hlavní paměti řešením je paměť známá jako cache, která je velmi rychlá, ale má mnohem menší kapacitu než hlavní paměť velikost paměti cache je jeden z hlavních aspektů při určování rychlosti procesoru rychlé moderní procesory spojují obě architektury uvnitř procesoru je použita Harvardská architektura, kde se paměť cache dělí na paměť instrukcí a paměť pro data celý procesor se však chová jako procesor s architekturou von Neumannovou, protože načítá data i program z hlavní paměti najednou

15 Kontrolní otázky: Definujte pojem počítačová struktura.
Popište funkci počítače podle von Neumannova schématu. Vysvětlete rozdíly mezi Harvardskou a von Neumannovou architekturou. Jaká je koncepce architektury moderních procesorů?

16 Seznam obrázků: Obr. 1: John von Neumann. In: Wikipedia : the free encyclopedia [online] [vid ]. dostupné z: Obr. 2: Von Neumannova architektura počítače. In: Pelikán : fi.muni.cz [online] [vid ]. dostupné z: Obr. 3: vlastní Obr. 4: vlastní Obr. 5: vlastní

17 Seznam použité literatury:
[1] KRAS, R. Obsluha počítače pro začátečníky v kostce. Praha: FRAGMENT, ISBN [2] Informační technologie. In: Wikipedia : the free encyclopedia [online] [cit ]. dostupné z: [3] Slovní pojmů z výpočetní techniky. In: lfhk.cuni.cz/moodle2 [online] [cit ]. dostupné z:

18 Děkuji za pozornost 