Функциональная и структурная организация ПК Архитектура ЭВМ и

Функциональная и структурная организация ПК /Архитектура ЭВМ и вычислительных систем/ Вопрос № 1 Коноваленко В. А.

Архитектура компьютера Различают два основных класса компьютеров Аналоговые компьютеры – обрабатывают непрерывно меняющиеся физические величины, которые являются аналогами вычисляемых величин; Цифровые компьютеры – обрабатывают данные в виде числовых двоичных Архитектура компьютера – описание устройств и принципов кодов Принципы Джон фон Неймана (1946 г), -1 - принцип программног о управления -2 - принцип однородност и памяти -3 - принцип адресности В основу современных компьютеров положены работы компьютера достаточные для пользователя и программиста. Принцип открытой архитектуры: правила построения компьютера, в соответствии с которыми каждый новый узел (блок) должен быть совместим со старым, и легко устанавливаться в том же месте в компьютере.

Функциональная организация Материнская плата процессор Оперативная память М а г и с т р а л ь Долговременная Устройства память ввода вывода передачи / приёма

Структурная организация Согласно ГОСТ 27201 -87 : n базового комплекта; n периферийных устройств; n других технических и программных средств, необходимых для удовлетворения запросов пользователя.

Параметры процессоров. Основные принципы построения и работы процессоров. /Архитектура ЭВМ и вычислительных систем/ Вопрос № 2

Процессор (CPU - central processor unit) - это главная микросхема компьютера, он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. n - это кристалл кремния очень маленьких размеров. n Внешний вид процессора Intel Pentium

Процессор состоит из ячеек, в которых обрабатываются данные, называемые регистрами. n Регистры: • регистры данных • счётчик команд • регистр команд • адресный регистр • специальные регистры n

Каждый процессор имеет свою систему команд У каждой команды есть свой код, который называют код операции. n Машинные команды, которые обрабатывает процессор состоят из двух основных частей: код операции и адресная часть. n

Структура центрального процессора Магистраль (шина) данных Ма гис тра ль (ши на) упр авл ени я Буферный регистр данных Внутренняя магистраль (шина) данных Устройство управления Арифметикологическое устройство Буферный регистр адреса Магистраль (шина) адреса Блок регистровой памяти

К процессору подходят магистрали передачи сигналов: - адресная шина - соединяет процессор с оперативной памятью; - шина данных - по ней в регистры процессора передаётся содержимое ячеек памяти и отправляются результаты обработки назад в оперативную память; - шина управляющих сигналов. тактовый генератор устройство, которое синхронизирует работу всех устройств и определяет скорость работы процессора.

Параметры процессора Тактовая частота n Разрядность n Рабочее напряжение n Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты n Кэш-память n

алгоритм работы процессора n n 1 такт. Изменение СК (счётчика команд). 2 такт. Считывание команды, адрес которой содержится в СК, из ОЗУ в РК (регистр команд). 3 такт. Расшифровывание машинной команды дешифратором: определение кода операции и адреса данных. 4 такт. Выполнение расшифрованной операции арифметико-логическим устройством.

Системная (материнская) плата и ее компоненты /Архитектура ЭВМ и вычислительных систем/ Вопрос № 3

Системная плата (motherboard материнская плата) – устанавливается в системный блок и служит базой для установки всех остальных устройств в системном блоке. n Управляет и координирует работу компьютера и всех подключенных к нему устройств. n Состоит из многих компонентов, главные из которых – набор микросхем , называемый чипсетом. n

компоненты n n n процессор чипсет шины оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – разъемы для подсоединения дополнительных устройств (слоты)

Слот AGP Слоты ОЗУ Слот процессора Разъёмы для внешних устройств Рис. 6. Системная плата Слоты PCI

Организация оперативной памяти, ее характеристики и режимы работы /Архитектура ЭВМ и вычислительных систем/ Вопрос № 4

Оперативная память (Random Access Memory)— место, где процессор хранит числа, которые собирается обсчитывать и программы, в которых написано, как это делать n - это массив кристаллических ячеек, способных сохранять данные. Она используется для оперативного обмена информацией (командами и данными) между процессором, внешней памятью и периферийными системами. n

Основные характеристики модулей оперативной памяти: объем памяти n время доступа n производительность n разрядность шины памяти n

физическому принципу действия различают динамическую память DRAM n статическую память SRAM n Модуль ОЗУ

DRAM матрица элементов способных вмещать элементарную единицу информации — один бит данных. Ячейки представляют собой сочетание транзистора (ключа) и конденсатора (запоминающего элемента). Доступ к элементам матрицы осуществляется с помощью декодеров адреса строки и адреса столбца, которые управляются сигналами RAS# (сигнал выбора строки — Row Access Strobe) и CAS# (сигнал выбора столбца — Column Access Strobe). n

SRAM электронные микроэлементы - триггеры, состоящие из транзисторов. В триггере сохраняется не заряд, а состояние (включенный/выключенный). n применяется в качестве кэш-памяти второго уровня для кэширования основного объема ОЗУ. n

Конструктивно модули памяти имеют два выполнения однорядные (SIMM - модули) n двурядные (DIMM - модули). n

Назначение, структура и характеристики базовой системы вводавывода. Устройства ввода и вывода информации. /Архитектура ЭВМ и вычислительных систем/ Вопрос № 5

BIOS (Basic Input/Output System, базовая система ввода/вывода)-набор небольших подпрограмм, используя которые операционная система и прикладные программы "общаются" с аппаратным обеспечением. n Физически BIOS -- это несколько микросхем ROM (Read Only Memory), расположенных на системной плате. n

BIOS представляет собой элемент памяти и содержит: -тестирующую систему POST, n - аппаратные драйверы основных устройств компьютера, n - программу установки основных параметров и аппаратной конфигурации n обслуживание базовых функций программных прерываний к основным устройствам компьютера. n

функции BIOS тестирование компьютера при включении (POST, Power-On Self Test) n запуск загрузчика операционной системы с винчестера или дискеты n Обслуживание аппаратных прерываний от основных устройств компьютера n Обслуживание базовых функций программных прерываний к основным устройствам компьютера n

Информация о «железе» n хранится в CMOS RAM (Complementary Metal Oxide Semi conductor RAM) -- специальных микросхемах памяти, для питания которых используются батарейка или аккумулятор, устанавливаемые обычно на системной плате. Благодаря этому данные о параметрах "железа" сохраняются и после выключения компьютера.

Устройства ввода Периферийные устройства – часть технического обеспечения, конструктивно отделенная от основного блока компьютера. Для подключения устройств ввода/вывода используют специальное устройство адаптер Устройства ввода - это устройства, которые переводят информацию с языка человека на машинный язык. Клавиатура – клавишное устройство для ввода числовой и текстовой информации. Манипуляторы – устройства управления курсором (координатные устройства ввода информации) – Мышь, Трекбол, Тачпад, Джойстик Сканер – устройство для ввода графической информации. Сканер создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера. Существуют сканеры ручные и планшетные.

Цифровые камеры – формируют изображения в компьютерном формате. Микрофон – устройство для ввода звуковой информации. Преобразует звук из аналоговой формы в цифровой формат звуковая карта. Сенсорные устройства ввода : Сенсорный экран - чувствительный экран. Общение с компьютером осуществляется путем прикосновения пальцем к определенному месту экрана. Им оборудуют места операторов и диспетчеров, используют в информационно-справочных системах. Дигитайзер – устройство преобразования (бумажных) документов цифровую форму. готовых Световое перо – светочувствительный элемент. Если перемещать перо по экрану, то можно им рисовать. Обычно применяют в карманных компьютерах, системах проектирования и дизайна.

Устройства вывода - это устройства, которые переводят информацию с машинного языка в формы, доступные для человеческого восприятия. Монитор (дисплей) – устройство визуального отображения всех видов информации. Существуют: 1) мониторы, сконструированные на базе электроннолучевой трубки (CRT), среди которых различают алфавитно -цифровые и графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного изображения; 2) жидкокристаллические мониторы (LCD)– на базе жидких кристаллов. Различают активно-матричные и пассивноматричные жкм. Жидкие кристаллы – особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под воздействием электрического напряжения.

Принтер – устройство для вывода закодированной информации в виде печатных копий текста или графики. Существуют матричные, струйные и лазерные принтеры. Плоттер (графопостроитель) – устройство, которое чертит графики, рисунки и диаграммы под управлением компьютера. Изображение получается с помощью пера. Используется для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем. Акустические колонки и наушники – устройство для вывода звуковой информации.

Устройства длительного хранения информации /Архитектура ЭВМ и вычислительных систем/ Вопрос № 6

Классификация по конструктивному исполнению, n по виду носителя информации, n по многоразовости записи данных, n по формату записи и способу чтения данных, n по типу интерфейса передачи данных и т. д. n

Внешние запоминающие устройства Ленточные Дисковые Магнитные Бобинные Кассетные Оптические Сменные носители Смешанные Несменные носители Классификация ВЗУ по типу носителя информации

накопитель на магнитной ленте n Устройство, предназначенное для записи и считывания данных с НМЛ, называется стримером Стример и картридж

Дисковые ВЗУ К дисковым ВЗУ, используемым в составе ПК, можно отнести: n накопители на жестких магнитных дисках; n накопители на гибких магнитных дисках; n накопители на оптических компакт-дисках (CD – Compact Disk, DVD – Digital Video Disk); n накопители на магнитооптических дисках. n

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) v Предназначены для хранения той информации, которая наиболее часто используется в работе - программ операционной системы, компиляторов, сервисных программ, прикладных программ пользователя, текстовых документов, файлов базы данных v НЖМД - это носители с произвольным доступом к информации v Для хранения информации НЖМД разбивается на дорожки и секторы v Скорость обмена информации значительно выше чем у ГД v Объем НЖМД измеряется от Мбайт до Гбайт v НЖМД следует оберегать от ударов и резких пространственных изменений в процессе работы К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка, которая перемещается по радиусу диска с внешней стороны к центру. Во время работы дисковода диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с Коноваленко В. А. круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и

Накопители на гибких магнитных дисках НГМД (дискеты) ü Предназначены информации ü Это носитель информации для хранения произвольного небольших (прямого) объемов доступа к ü Используется для переноса данных с одного компьютера на другой ü Для работы с информацией носитель должен быть отформатирован (должна быть произведена магнитная разметка диска на дорожки и секторы) ü Скорость обмена информации зависит от скорости вращения дисковода. Для обращения к диску, вставленному в дисковод, ему присваивается имя А: ü Следует оберегать от сильных магнитных полей и нагревания ü Объём ГМД сравнительно небольшой

Оптические (лазерные) диски T Называют CD – Compact Disk T CD изготовляют из органических материалов с напылением на поверхность тонкого алюминиевого слоя T Предназначены для хранения любого вида информации T Это носители прямого (произвольного) доступа к информации T Информацию на CD записывается с помощью лазерного луча на одну дорожку в виде спирали TCD более долговечны и надежны, чем магнитные диски T CD следует оберегать от царапин и загрязнения поверхности

CD-R, DVD-R (R – Recordable) – возможность однократной записи или дозаписи (мультисессия); n CD-RW, DVD-RW (RW – Re. Writable) – возможность многократной перезаписи. n

Flash память (Electronically Erasable Programmable ROM) n карты Compact Flash (CF), Smart. Media (SM), Multi. Media Card (MMC), Secure. Digital (SD), Memory Stick PRO (MS PRO), Memory Stick (MS) и x. DPicture (x. D), для работы с которыми необходим соответствующий флэш-накопитель (картридер) n USB-флэш-память (так называемые USB- «ключи» ). USB-флэш-память и флэш-накопитель