Архитектура персонального компьютера Архитектура персонального компьютера Основная

Архитектура персонального компьютера

Архитектура персонального компьютера Основная компоновка частей компьютера и связь между ними называется архитектурой. При описании архитектуры компьютера определяется состав входящих в него компонент, принципы их взаимодействия, а также их функции и характеристики.

Архитектура фон Неймана Фон Нейман Джон John von Neumann (Neumann Janos) Урожденный Янош Лайош (28. 12. 1903 – 08. 02. 1957)

Архитектура фон Неймана • В 1946 году группа учёных во главе с Джоном фон Нейманом (Герман Голдстайн, Артур Беркс) опубликовали статью «Предварительное рассмотрение логической конструкции Электронновычислительного устройства» . В статье обосновывалось использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций. До этого машины хранили данные в десятеричном виде), выдвигалась идея использования программами общей памяти. Имя фон Неймана было достаточно широко известно в науке того времени, что отодвинуло на второй план его соавторов, и данные идеи получили название «Принципы фон Неймана» .

Принципы фон Неймана • Принцип двоичности. Для представления данных и команд используется двоичная система счисления. • Принцип программного управления Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. • Принцип однородности памяти Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. • Принцип адресуемости памяти Основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. • Принцип последовательного программного управления. Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой. • Принцип условного перехода

Гарвардская архитектура • Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительным признаком которой является раздельное хранение и обработка команд и данных. Архитектура была разработана Говардом Эйкеном в конце 1930 -х годов в Гарвардском университете. • История. В 30 -х годах 20 века правительство США поручило Гарвардскому и Принстонскому университетам разработать архитектуру компьютера для военно-морской артиллерии. Победила разработка Принстонского университета (более известная как архитектура фон Неймана, названная так по имени разработчика, первым предоставившего отчет об архитектуре), так как она была проще в реализации. Гарвардская архитектура не использовалась вплоть до конца 70 -х годов 20 века.

Гарвардская архитектура. Архитектура фон Неймана

Архитектура персонального компьютера

Процессор или микропроцессор (МП) или CPU (Central Processing Unit) • Основа вычислительной машины - процессор. В нем расположены арифметико-логическое устройство - АЛУ, устройство управления - УУ и регистры для временного хранения информации. АЛУ осуществляет непосредственную обработку данных: сложение двух чисел, умножение одного числа на другое, перенос информации из одного места в другое и т. д. Данные процессор считывает из ОЗУ (оперативной памяти) компьютера, туда же он пересылает результат действия над этими данными. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей ЭВМ.

Микропроцессор Характеристики процессора: • Быстродействие процессора — часто определяется его тактовой частотой. Однако правильно говорить о производительности микропроцессора, так как за один такт может выполняться разное число команд. Еще сложнее сравнивать производительности микропроцессоров с разным числом ядер. • Разрядность — Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт.

• • 1 июня 2006 года, 15: 38 Компания IBM сообщила о разработке микрочипа, работающего на рекордной для кремниевых микросхем частоте - 500 ГГц. Исследования проводились специалистами IBM совместно с сотрудниками Технологического института штата Джорджия. Основная цель проекта заключалась в определении предельно возможного быстродействия кремний-германиевых микрочипов. Из-за добавления германия такие чипы стоят дороже обычных кремниевых, однако обладают более высокой производительностью и меньшим энергопотреблением. В ходе эксперимента учёные подвергли кремний-германиевый микрочип криогенной заморозке, понизив его температуру до 4, 5 кельвинов (около минус 268, 5°С). При этом микросхема работала на частоте 500 ГГц. Это в десятки раз выше частоты современных процессоров для персональных компьютеров, которые даже при экстремальном разгоне не могут взять символический рубеж в 10 ГГц. При комнатной температуре микрочип IBM работал с тактовой частотой 350 ГГц. Моделирование показало, что теоретически кремний-германиевые микросхемы можно заставить работать на частотах до одного терагерца (1000 ГГц) без использования сверхнизких температур.

Память компьютера • Память - устройство для хранения информации в виде данных и программ. Память делится прежде всего на внутреннюю (расположенную на системной плате) и внешнюю (размещенную на разнообразных внешних носителях информации). • Внутренняя память в свою очередь подразделяется на: • - ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) или ROM (read only memory), которое содержит - постоянную информацию, сохраняемую даже при отключенном питании, которая служит для тестирования памяти и оборудования компьютера, начальной загрузки ПК при включении. Запись ПЗУ происходит на заводе фирмы-изготовителя ПК и несет черты его индивидуальности. В ПЗУ находятся программы BIOS (англ. Basic Input-Output System — базовая система ввода-вывода, БСВВ)

Память компьютера • Главная функция BIOS — инициализация устройств, подключённых к системе, сразу после включения питания компьютера. BIOS проверяет работоспособность устройств (т. н. самотестирование, англ. POST — Power-On Self Test), задаёт низкоуровневые параметры их работы (например, частоту шины центрального микропроцессора), и после этого ищет загрузчик операционной системы (англ. Boot Loader) на доступных носителях информации и передаёт управление операционной системе. Операционная система по ходу работы может изменять большинство настроек, изначально заданных в BIOS. В некоторых реализациях BIOS позволяет производить загрузку операционной системы через интерфейсы, USB и IEEE 1394. Также возможна загрузка по сети. Также BIOS содержит минимальный набор сервисных функций (например, для вывода сообщений на экран или приёма символов с клавиатуры), что и обусловливает расшифровку её названия: Basic Input-Output System — Базовая система ввода-вывода.

Память компьютера • Операти вная па мять (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) , часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию. Предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно либо через кеш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

Память компьютера кэш, сверхоперативная память • cache кэш (быстродействующая буферная память большой ёмкости, используемая для хранения копии областей оперативной памяти с наиболее частым доступом) • 1) тайник, тайный запас • 2) тайный склад оружия • 3) запас провианта, оставленный научной экспедицией в скрытом месте для обратного пути • 4) запас зерна или мёда, сделанный животным на зиму

Системная шина • Процесс взаимодействия процессора и памяти сводится в основном к двум операциям: запись информации в память и чтение информации из памяти. При записи процессор по специальным проводникам (они называются шиной адреса) передает биты, кодирующие адрес; по другим проводникам (они называются шиной управления) передает управляющий сигнал - "запись" и по еще одной группе проводников (она называется шиной данных) передает записываемую информацию. При чтении также по шине адреса передается соответствующий адрес оперативной памяти и с шины данных считывается требуемая информация.

Материнская плата ПК

Устройство лазерного принтера