Архитектура компьютеров Компьютер универсальная техническая система

Архитектура компьютеров

Компьютер – универсальная техническая система обработки информации

Архитектура – это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его соновных функциональных узлов

Архитектура персонального компьютера Сплошные линии означают потоки данных, пунктирные – управляющие сигналы, К -контроллер

Архитектура фон Неймана

Контроллер - это специализированный процессор, управляющий работой внешнего устройства. Например, контроллер накопителя на магнитных дисках, контроллер клавиатуры.

Шины – используются для связи между отдельными функциональными узлами компьютера. Шины данных - для передачи данных Шины адреса – для передачи адресов Шины управления - для передачи управляющих сигналов

Принцип открытой архитектуры Возможность свободно изменять состав внешних устройств для своего компьютера в зависимости от круга решаемых задач

Виды памяти Внутренняя (оперативная, ОЗУ) – энергозависимая, быстра Внешняя (долговременная) -энерго. НЕзависимая, медленная Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – энерго. НЕзависимая, хранится программа запуска компьютера –BIOS (базовая система ввода/вывода) Видеопамять – обслуживает устрйоство визуального отображения выводимой информации - монитор Время доступа процессора к данным Жесткий диск 10 -3 сек ОЗУ 5 х 10 -9 сек (5 наносекунд) В миллион раз быстрее

Оперативная память Совокупность микросхем (чипов), обеспечивающих хранение программ и данных, оперативно обрабатываемых компьютером

Оперативная память Динамическая (чаще всего основная) – дешевле статистической, быстродействие значительно ниже, чем у процессора (тормозит весь процесс) Статистическая (дополнительная, кэш-память) – хранятся данные, к которым исполняемая программа обращается наиболее часто, работает почти с той же скоростью, что и процессор ( позволяет увеличить производительность системы)

Системная плата Главная плата компьютера находится в системном блоке – системная плата (материнская плата). Основное назначение системной платы — соединение всех узлов компьютера в одно устройство

Чипсет Для того чтобы процессор в персональном компьютере мог работать в полную силу, ему требуется помощь специализированных микросхем, которые берут на себя рутинную работу с оперативной памятью и периферийными устройствами. Набор таких микросхем называется чипсетом (chipset). В комплект чипсета может входить различное количество микросхем, но в последнее время наиболее популярно решение из 1— 2 микросхем. Две базовые микросхемы современного чипсета, назваются South Bridge (южный мост) и North Bridge (северный мост). На северный мост ложатся функции обмена между процессором и скоростными устройствами, например, памятью и шиной PCI Express или AGP. Южный мост предназначен для работы с низкоскоростными интерфейсами.

Материнская плата 1 — сокет для процессора; 2 — "северный" мост; 3 — "южный" мост; 4 и 5 — слоты для модуля памяти; 6 — разъем для флоппи-дисковода; 7 — разъем для устройств ATA 100/ATA 133; 8 — разъем для устройств Serial ATA; 9 — слоты PCI; 10 — слоты PCI-Express x 16; 11 — слоты PCI-Express x 1; 12 — 24 -контактный разъем ATX для блока питания; 13 — 8 -контактный дополнительный разъем ATX 12 v для процессора; 14 — разъем для питания видеокарты; 15 — стабилизатор напряжения; 16 — контроллер для интерфейса IEEE 1384 (Fire. Wire); 7 — аудиконтроллер; 18 — сетевой контроллер; 19 — BIOS ROM (CMOS); 20 — батарейка для. BIOS

Современные виды внешних устройств Устройства ввода Клавиатура Сканер Микрофон, Звуковая плата позволяет обрабатывать звуковую информацию Устройства вывода Монитор Принтер Колонки, Наушники

Сетевое оборудование Обеспечивает сетевое подключение и работу компьютеров в сети Модем Маршрутизаторы

Основные характеристики ПК Производительность (быстродействие) ПК – возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней (например, Pentium III обрабатывает информацию со скоростью в сотни миллионов операций в секунду) Производительность (быстродействие) процессора – количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.

Основные характеристики ПК Тактовая частота процессора (частота синхронизации) - число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например сложение). Тактовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. ТЧ определяет быстродействие компьютера Задается ТЧ специальной микросхемой «генератор тактовой частота» , который вырабатывает периодические импульсы. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Частота в 1 Мгц = 1 миллиону тактов в 1 секунду. Превышение порога тактовой частоты приводит к возникновению ошибок процессора и др. устройств. Поэтому существуют фиксированные величины тактовых частот для каждого типа процессоров, например: 2, 8; 3, 0 Ггц и тд.

Основные характеристики ПК Разрядность процессора – max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком. Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти – регистрами. Регистр в 1 байт (8 бит) называют восьмиразрядным, в 2 байта – 16 -разрядным и тд. Высокопроизводительные компьютеры имеют 8 байтовые регистры (64 разряда) Время доступа - Быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывание min порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные модули обладают скоростью доступа свыше 10 нс (1 нс=10 -9 с)

Основные характеристики ПК Объем памяти (ёмкость) – max объем информации, который может храниться в ней. Плотность записи – объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм) Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве

Перспективы развития компьютеров

Компьютер –программно управляемое автоматическое устройство

Прикладное ПО Дает возможность пользователю непосредственно решать свои информационные задачи, создавать и обрабатывать информационные объекты. Информационный объект: Обладает определенными потребительскими качествами (нужен пользователю) Допускает хранение на цифровых носителях в виде самостоятельной информационной единицы (файла, папки, архива) Допускает выполнение над ним определенных действий путем использования аппаратных и программных средств компьютера

Прикладное ПО Общего назначения Полезны большинству пользователей независимо от их профессиональных интересов Например, «Офисные программы» , программыорганайзеры Профессионально ориентированные Специализированные программы для различных профессий Сюда относятся также обучающие программы

Системное ПО Операционная система Это комплекс программ, обеспечивающих: Управление устройствами и задачами (процессами) – согласованную работу всех аппаратных средств компьютера и выполняемых программ Работу с файлами – организацию хранения и обработки файлов на внешних носителях Пользовательский интерфейс – диалог пользователя с компьютером.

Системное ПО Утилиты Специальные программы, выполняющие некоторые дополнительные услуги системного характера: Управление внешними устройствами Архивирование файлов Защита от вирусов «Лечение» и оптимизация дисков Драйвера Специальные программы для управления внешних устройств : Для каждого типа и конкретной модели внешнего устройства существует свой драйвер

Управление процессами Это одна из важнейших функций операционной системы. Каждую выполняемую программу называют процессом.

Управление процессами Режимы работы операционной системы: Однозадачный – пока не закончилось выполнение очередной программы, другие программы в компьютер не загружалась (первые компьютеры) Многозадачный режим – пока одна программа (процесс) ожидает, например, завершения ввода/вывода данных, другая программа может занимать процессор. Наиболее сложны многопользовательские многозадачные системы, применяемые в многотерминальных комплексах – вычислительных комплексах, в которых к одному общему компьютеру подключается несколько устройств вводавывода или персональных компьютеров (терминалов) для одновременной работы пользователей