Лекция 2 АРХИТЕКТУРА ЭВМ План лекции 1

Лекция 2. АРХИТЕКТУРА ЭВМ

План лекции 1. Архитектура Джона Фон Неймана 2. Системная плата 3.

Под архитектурой ЭВМ понимается его логически организованная структура, ресурсы, т. е. , такие средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный момент времени. Архитектура ЭВМ (в контексте аппаратных средств) - принцип действия, конфигурация (состав) и взаимное соединение её узлов.

П. 1 Архитектура Дж. фон Неймана В настоящее время ЭВМ имеют архитектуру фон Неймана, а точнее пост. Неймановскую архитектуру. Джону фон Нейману в 1944 году предложили работу в роли консультанта над машиной, способной хранить программу в памяти. Через год он подготовил отчет, который впоследствии назвали историческим. Он разработал в этом отчете структуру 5 тиблочной ЭВМ

Схема Дж. Фон Неймана АЛУ УВВ ЦУУ ЗУ УВ

Арифметико-Логическое Устройство служит для выполнения арифметических и логических операций. Центральное Устройство Управления автоматически управляет вычислительным процессом. ЦУУ указывает, какие данные нужно взять из памяти, включает АЛУ на выполнение нужной операции, указывает устройству ввода-вывода (УВВ), какие данные нужно ввести, а какие - вывести в качестве результата.

Кроме структуры ЭВМ, фон Нейман разработал логические принципы построения ЭВМ, которые заключаются в следующем: 1) Система должна работать с двоичными символами (принцип двоичного кодирования). 2) Хранить программу в памяти компьютера (принцип программы, хранимой в памяти). 3) Программа выполняется автоматически и управляет работой ЭВМ (принцип программного управления). 4) ЭВМ должна выполнять операции последовательно, одну за другой. 5) Компьютер должен быть электронным, а не механическим устройством.

Эти принципы стали общепринятыми, широко применяются и по сей день. ПК состоит из четырех частей: системный блок монитор клавиатура мышь К компьютеру могут подключаться и другие устройства (например, принтер или сканер), но минимальным считается набор из указанных четырех блоков.

П. 3. Системная плата Центральная часть компьютера - это системная/материнская плата. Системная или материнская плата является самой большой электронной платой.

Системная шина обеспечивает связь всех устройств компьютера между собой. Системной шиной называют комплекс, состоящий из пучка проводов и электронных схем, обеспечивающих правильную передачу информации внутри компьютера. Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода подключаются к шине непосредственно или через контроллеры (адаптеры).

Контроллер – это электронная схема, управляющая различными устройствами компьютера (клавиатурой, монитором, жестким диском, портами ввода-вывода).

Порты ввода – вывода бывают: параллельные (имеют разъемы с 25 гнездами); к ним обычно подключают принтер, сканер. последовательные (разъемы имеют 9 или 25 штырьков); к ним обычно подключают мышь или модем.

Микропроцессор (процессор) представляет собой сверхбольшую интегральную схему в едином полупроводниковом кристалле. В англоязычной литературе его называют CPU - Central Processor Unit. (фирмыизготовители можно посмотреть)

Микропроцессор (МП) – это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков ПК и для выполнения арифметических и логических операций и функций. Обязательные компоненты МП: АЛУ, выполняет арифметические и логические операции УУ, организует управление программами МПП, служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы машины.

Микропроцессор связан с тактами генератора тактовых импульсов. ГТИ вырабатывает последовательность электрических импульсов. Частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Тактовая частота - максимальное количество элементарных операций, выполняемых процессором за единицу времени. Измеряется в Гц.

Основными характеристиками микропроцессоров являются: Тип архитектуры или серия (Intel x 86, Intel Pentium, RISC, …) Разрядность - число бит, одновременно обрабатываемых процессором (внутренняя - регистров, внешняя - шины данных и разрядность шины адреса) Наличие КЭШ-памяти Быстродействие, т. е. скорость обработки информации (тактовая частота)

Важным архитектурным свойством являются прерывания. Прерывание - способность ЭВМ при возникновении определенных ситуаций, требующих немедленной реакции ЭВМ, прекратить выполнение текущей программы и передать управление программе, реализующей реакцию ЭВМ на возникшую ситуацию.

П. 4. Память В составе компьютера имеется несколько уровней, разновидностей памяти. Важнейшими для работы компьютера видами памяти являются оперативная память (ОП) и внешняя память (ВП).

1) Оперативная память (ОЗУ) или RAM (random access memory – память произвольного доступа) Из ОП процессор берет команды и все необходимые данные, в нее же он записывает результаты. При выключении компьютера содержимое ОП не сохраняется (свойство энергозависимости). ОП может строиться на микросхемах динамического (DRAM) или статического (SRAM) типа.

2) КЭШ-память (cache – запас, тайный склад)– это сверхбыстродействующая память небольшого объема, которая необходима для ускорения работы процессора; используется она как промежуточное звено между процессором и ОП для повышения скорости вычислений. В КЭШ – памяти хранятся копии наиболее часто используемых данных из ОП. Процессор обращается сначала к КЭШ – памяти, и только не найдя необходимых данных обращается к ОП.

3) Постоянное запоминающее устройство или ROM (Read Only Memory – память только для чтения), также строится на основе установленных на материнской плате микросхем (модулей). ПЗУ – это постоянная память, данные в нее записываются при ее изготовлении, эти данные не могут быть изменены. Программы могут только считывать содержимое ПЗУ (свойство энергонезависимости).

В ПЗУ хранятся программы: Проверки оборудования компьютера Инициирования загрузки ОС По выполнению базовых функций по обслуживанию компьютера По настройке конфигурации компьютера (setup) Этот комплекс программ образует базовую систему ввода/вывода или, сокращенно, BIOS (Basic Input-Output System - базовая система ввода-вывода).

4) CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) – это полупостоянная память, в которую записываются данные по компьютеру, параметры конфигурации компьютера. При выключении компьютера содержимое CMOS сохраняется, т. к. для ее питания используется специальный аккумулятор.

Внешней памятью называется группа устройств, которые предназначены для долговременного хранения больших объемов информации – программ, данных. В основу записи на эти носители информации положены 2 принципа: магнитный и оптический.

Носители информации Магнитные ГМД ЖМД Стриммер Оптические CD-Rom Магнитооптические

Устройство, которое обеспечивает запись информации на носители, а также ее поиск, хранение и воспроизведение называют накопителем.

Гибкий магнитный диск (ГМД), накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД), флоппидиск (floppy disk – свободно висящий диск) или просто дискета представляют собой гибкую лавсановую пластинку диаметром 3, 5 дюйма (‘трехдюймовые’). Емкость ГМД 180 Кбайт – 2, 88 Мбайт. Каждую новую дискету в начале работы с ней следует отформатировать. Форматирование дискеты – это создание структуры записи информации: разметка дорожек, секторов.

Жесткий магнитный диск (ЖМД) или HDD (Hard Disk Drive – привод жесткого диска) – это постоянный, несъемный диск. В качестве накопителей на ЖМД широкое распространение получили накопители типа «Винчестер» (Winchester – разновидность винтовки, двустволка). Термин «Винчестер» возник в 1973 г. из названия первой модели ЖД, емкостью всего 16 Кбайт, имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что совпало с калибром « 30/30» известного охотничьего ружья «Винчестер» .

Стриммер – накопитель на кассетной магнитной ленте (НКМЛ). CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) – это диски, поставляемые фирмой –производителем с уже записанной на них информацией. Емкость до 1, 5 Гбайт, скорость считывания до 1, 5 Мбайт/с. Сейчас всё большее распространение получают перезаписываемые лазерно-оптические диски с многократной записью (CD-RW) и DVD – версия CD с очень большой емкостью, в которой для хранения и чтения данных могут быть использованы обе стороны диска.

Каждое из дисковых устройств, включенных в комплект ПК, имеет свое собственное обозначение, которое состоит из одной буквы английского алфавита и двоеточия. Обычно в состав ПК включают один дисковод для гибких дисков, которые всегда обозначаются как A: . Жесткий диск, независимо от наличия или отсутствия дисковода для гибких дисков, всегда принято называть C: .

В состав ПК можно включит несколько жестких дисков, но чаще всего компьютер оснащен только одним винчестерским диском, а для удобства организации работы с данными предусмотрена возможность имитировать наличие в составе ПК нескольких жестких дисков, которые принято называть «логическими дисками» . Суммарный объем логических дисков равен объему реального исходного диска.