Основні принципи побудови та функціонування ЕОМ

У 1945 р. до роботи над створенням ЕОМ першого покоління ENIAC був залучений знаменитий математик Джон фон Нейман, який сформулював загальні принципи функціонування комп’ютерів. Перш за все, комп’ютер повинен мати наступні пристрої:

• арифметично-логічний пристрій (АЛП: обробка інформації – виконання арифметичних та логічних операцій);

• пристрій управління (організація процесу виконання програм – впорядкованих послідовностей команд);

• запам’ятовуючий пристрій  чи пам’ять (збереження програм і даних);

• зовнішні пристрої (введення-виведення інформації).

Пам’ять комп’ютера повинна складатися з пронумерованих комірок, в кожній з яких можуть знаходитись дані для обробки або інструкції програм. Усі комірки пам’яті повинні бути однаково легко доступні для інших пристроїв комп’ютера.
В загальних рисах роботу комп’ютера можна описати наступним чином.  Спочатку за допомогою зовнішнього пристрою в пам’ять комп’ютера вводиться програма. Пристрій управління зчитує вміст комірки пам’яті, де знаходиться перша інструкція (команда) програми, і організовує її виконання. Ця програма може задавати виконання арифметичних (логічних) операцій, читання з пам’яті даних для виконання арифметичних (логічних) операцій чи запис їх результатів у пам’ять, введення даних із зовнішнього пристрою в пам’ять чи виведення з пам’яті на зовнішній пристрій.
 Як правило, після виконання однієї команди пристрій управління починає виконувати команду з наступної комірки пам’яті. Але цей порядок можна змінити за допомогою команд передачі управління (переходу). Ці команди вказують пристрою управління, що він повинен продовжувати виконання програми, починаючи з команди, яка міститься в іншій комірці пам’яті. Такий “стрибок”, чи перехід, у програмі може виконуватись не завжди, а тільки при виконанні деяких умов (наприклад, якщо деякі числа рівні, або в результаті попередньої операції отримано нуль тощо). Це дозволяє використовувати одні й ті ж послідовності команд у програмі багато разів (тобто організовувати цикли), виконувати різні послідовності команд в залежності від виконаних певних умов тощо, тобто створювати складні програми.
 Таким чином, пристрій управління виконує інструкції програми автоматично, тобто без втручання людини. Він може обмінюватись інформацією з оперативною пам’яттю і зовнішніми пристроями комп’ютера. Так як зовнішні пристрої, як правило, працюють повільніше інших частин комп’ютера, пристрій управління може призупинити виконання програми до завершення операції введення-виведення із зовнішнім пристроєм. Усі результати виконаної програми повинні бути нею виведені на зовнішні пристрої комп’ютера, після чого комп’ютер переходить до очікування сигналів зовнішніх пристроїв.
Після того, як програма буде розміщена в запам'ятовуючому пристрої, вона запускається на виконання. В пристрій управління надходять коди операції (що робити), а в арифметично-логічний пристрій — дані (з чим робити). Пристрій управління утворює сигнали, які надходять на інші пристрої. Останні забезпечують виконання даної операції. Потім із запам'ятовуючого пристрою вибирається інша команда і орга¬нізовується її виконання. Цей процес продовжується до закінчення всієї програми.
 Але схема будови сучасних комп’ютерів відрізняється від вищенаведеної. Зокрема, арифметично-логічний пристрій і пристрій управління об’єднані в один пристрій – центральний процесор. Крім цього,  процес виконання програми може перериватись для виконання невідкладних дій, зв’язаних з сигналами від зовнішніх пристроїв комп’ютера – переривань. Деякі швидкодіючі комп’ютери здійснюють паралельну обробку даних на декількох процесорах. Тим не менше, більшість сучасних комп’ютерів в основних рисах відповідають принципам, викладеним фон Нейманом.