Режим

Программа в памяти
Память показывает

Данные с клавиатуры

Нажимайте клавиши на схеме (или цифры на своей клавиатуре), ⏎ — следующее число. Или выберите готовую пару:

Опыты

0/4

Выберите опыт: модель подготовит машину, а засчитается он по вашим действиям.

Процессор и память

Тактовая частота (в модели)2 Гц
Разрядность32 бита

Модель замедлена: реальный процессор делает 2–4 млрд тактов в секунду (2–4 ГГц), здесь — 1–16 тактов, чтобы увидеть каждый. Значения учебные.

Время

0,0 с

Машина фон Неймана: программа A + B

Готова
Введите два числа и запустите программу
бит 1 бит 0 команда данные
ВНУТРИ СИСТЕМНОГО БЛОКА: ПРОЦЕССОР И ПАМЯТЬ шина шина адрес → ← данные УСТРОЙСТВО ВВОДА A = 5 B = 7 УСТРОЙСТВО ВЫВОДА ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР УУ · устройство управления счётчик команд0000 (0) регистр команды— — АЛУ · арифметико-логическое — РЕГИСТРЫ A = 0 0000 0000 флаг: — КЭШ ⏳ Процессор ждёт ОЗУ не успевает подать данные ПАМЯТЬ (ОЗУ) адрессодержимое
1 такт — 1 команда, если число помещается в разрядность
Такты0команд выполнено: 0
Команд в секунду—частота 2 Гц
Разрядность32бит/тактза такт — 32 бита = 4 байта
Загрузка процессора100%
без простоя

Сравнение запусков

ЗапускЧастотаРазрядн.ЯдраОЗУТактовВремяКоманд/с
Здесь появится каждый законченный запуск — сравнивайте такты и время.

Время = такты ÷ частота. При той же программе больше частота → меньше время; больше разрядность → меньше тактов для больших чисел; больше ядер → задачи идут параллельно.

Что происходит

Журнал

    1

    Архитектура фон Неймана

    наведите на блоки схемы
    Архитектура фон Неймана — схема устройства компьютера, которую предложил математик Джон фон Нейман в 1945 году. По ней устроены все персональные компьютеры — домашние и офисные, ноутбуки, смартфоны. У каждого из них один процессор.

    В схеме четыре блока: устройство ввода, центральный процессор, память и устройство вывода. Процессор и память находятся внутри системного блока, устройства ввода и вывода — снаружи.

    Шина — небольшие провода, которые передают данные от одного устройства к другому и помогают устройствам обмениваться данными. На схеме шины — это стрелки.
    Центральный процессор = УУ (устройство управления) + АЛУ (арифметико-логическое устройство). Кроме них в процессоре есть кэш-память, регистры и другие устройства.
    Часть процессораЧто делает
    АЛУобрабатывает данные — вычисления: сложение, умножение, сравнение
    УУопределяет последовательность выполнения команд — как «менеджер» решает, какая команда следующая
    ЗапомнитьАЛУ — Арифметика: считает. УУ — Управляет: задаёт порядок команд.

    Нажмите «Пустить данные»: число с клавиатуры идёт по шине в процессор, оттуда в память и обратно, результат — на монитор.

    ИграКто это делает — АЛУ или УУ? Нажмите на карточку, потом на группу.
    ИграРасставьте по порядку, как компьютер выполняет команду. Подсказка — вкладка «Механизм».
    !
    Ловушка ЕНТ № 1

    АЛУ и УУ — разные части процессора. АЛУ обрабатывает данные (вычисления), а УУ определяет последовательность выполнения команд. На ЕНТ их функции меняют местами.

    2

    Четыре принципа фон Неймана

    переверните карточки

    Посмотрите на память: в ней лежат и команды программы, и данные — в одних и тех же ячейках, одним и тем же двоичным кодом. Переключите вид и нажимайте на ячейки.

    Нажмите на любую ячейку.

    Мини-игра · адресуемостьУ каждой ячейки свой адрес. Найдите ячейку по её двоичному адресу.
    Найдите ячейку с адресом1010 из 0

    ВыводПо виду «0011 1101» не понять, команда это или число: память однородна. Отличает их только то, как программа к ним обращается — по адресу.
    ИграКакой принцип описывает каждое утверждение?
    3

    Конфигурация компьютера

    выберите назначение ПК
    Конфигурация — аппаратно-программный набор комплектующих компьютера: из чего вообще должен состоять конкретный компьютер.

    Базовая конфигурация — четыре элемента: системный блок, монитор, клавиатура, мышь. В зависимости от цели использования её меняют: бывают офисные (например, для учёбы), домашние, игровые, дизайнерские ПК. Подбирая конфигурацию, заранее думают, какие устройства будут подключать к компьютеру.

    ИграСоберите базовую конфигурацию: выберите ровно четыре элемента.

    Сбалансированная конфигурация — процессор, видеокарта и ОЗУ работают эффективно вместе: не мешают и не тормозят друг друга.
    Несбалансированная конфигурация — например, поставили мощный процессор, а ОЗУ небольшое: ОЗУ не успевает предоставлять данные, процессор ждёт, и от его мощности нет никакой пользы.

    Двигайте ползунки мощности. Синие пакеты — данные из ОЗУ, процессор обрабатывает их. Если пакеты не успевают, процессор простаивает.

    Сбалансированная

    Значения мощности условные (1–5), модель упрощена.

    !
    Ловушка ЕНТ

    «Поставлю самый мощный процессор — компьютер станет быстрым» — не всегда. При слабом ОЗУ процессор ждёт данные: это несбалансированная конфигурация.

    4

    Устройства: внешние и внутренние

    нажмите на устройство

    Все устройства условно делятся на внутренние (внутри системного блока) и внешние — все устройства, которые находятся вне системного блока. Внешние делят на четыре категории.

    КатегорияНазначениеПримеры
    Вводс их помощью мы вводим данные в компьютерклавиатура, сканер, микрофон, веб-камера, манипуляторы (мышь), джойстик, тачпад
    Выводвывод обработанной информации: звуковой — через аудиосистему, графической — через монитормонитор, принтер, плоттер, динамики, наушники
    Хранениехранение данныхвсе накопители: флешки, внешние диски
    Обменустройства, которые используют в компьютерной сетимодем, маршрутизатор, хаб, свитч
    Тренажёр · живая связьНажимайте устройства в любом порядке — загорится их категория: ввод — зелёным, вывод — оранжевым, хранение — синим, обмен — фиолетовым.
    Внутренние устройства: материнская плата (главное — на ней располагаются процессор, ОЗУ и другие устройства), процессор, ОЗУ, жёсткий диск, видеокарта, звуковая карта, блок питания.
    • ОЗУ — временное хранение выполняемых данных.
    • Жёсткий диск — долговременное хранение; он внутри системного блока, поэтому внутреннее устройство.
    • Видеокарта — обработка графической информации, звуковая карта — звуковой.
    • Блок питания — подключает компьютер к источнику электроэнергии.

    Наведите на деталь. Все они — внутренние устройства.

    ИграРазложите устройства: четыре категории внешних и внутренние.
    !
    Ловушка ЕНТ № 2

    Устройства обмена и хранения путают. Модем, маршрутизатор, хаб, свитч — это обмен (сеть), а флешки и диски — хранение. В вариантах ЕНТ в каждой группе подменяют одно слово.

    !
    Ловушка ЕНТ

    Жёсткий диск внутри системного блока — внутреннее устройство, а флешка и внешний диск — внешние устройства хранения.

    5

    Процессор и его характеристики

    крутите три «ручки»

    Процессор — «мозг» компьютера: все данные обрабатываются здесь. АЛУ обрабатывает данные, а УУ — как менеджер — диктует, какая инструкция будет выполняться следующей. От трёх характеристик зависит, насколько быстро и эффективно работает процессор.

    ХарактеристикаЧто показываетЕдиница
    Тактовая частотапоказатель скорости: число команд за одну секундуГц (у современных — 2–4 ГГц)
    Разрядностьсколько бит данных процессор принимает и обрабатывает в регистрах за один тактбит
    Количество ядерядро — часть процессора, которая выполняет один поток командштук
    ВажноПо фон Нейману команды выполняются последовательно: одно ядро — один поток команд. Чтобы процессор параллельно обрабатывал два независимых потока, в него добавляют ещё одно ядро. Сегодня есть четырёхъядерные и восьмиядерные процессоры: чем больше ядер — тем больше мощности.
    Что находится на ядре: АЛУ, регистры, сопроцессор, внутренняя шина, УУ, кэш-память. Чем больше разрядность, тем быстрее работает компьютер.
    Тактовая частота3ГГц
    Разрядность32бита
    Ядра2ядра
    Как решать вопросы ЕНТ по теорииСначала найдите в вопросе ключевые слова, потом методом исключения уберите неверные варианты. Разберите три вопроса: нажимайте на варианты, которые нужно отбросить, пока не останется верный.
    ТренажёрО чём фраза: о тактовой частоте, разрядности или ядрах? Ищите ключевые слова: «за секунду», «за такт», «параллельно».
    0 из 01 / 10

    !
    Ловушка ЕНТ № 3

    Тактовая частота и разрядность — не одно и то же. Частота — сколько команд за секунду, разрядность — сколько бит за такт. Если в вопросе «количество информации за такт» — это разрядность.

    !
    Ловушка ЕНТ

    Разрядность 32 → за один такт обрабатывается 32 бита, а не 32 байта: данные в компьютере считают в битах. В байтах это 32 : 8 = 4 байта.

    За 30 секундАрхитектуру предложил Джон фон Нейман в 1945 году. Схема: ввод, процессор, память, вывод; данные передают шины. Процессор = АЛУ (обработка данных) + УУ (последовательность команд) + кэш и регистры. Четыре принципа: однородность памяти, программное управление, двоичное кодирование, адресуемость памяти. Базовая конфигурация: системный блок, монитор, клавиатура, мышь; бывает сбалансированная и несбалансированная. Внешние устройства: ввод, вывод, хранение, обмен. Частота — команд в секунду, разрядность — бит за такт, ядра — параллельные потоки. Разрядность 32 → 32 бита за такт.

    Частоты, мощности и время в симуляции учебные, модели и схемы упрощены.