Общая структура и состав персонального компьютера
Персональные компьютеры в настоящее время в основном имеют классическую архитектуру
Архитектура ЭВМ Периферия Вычислительное ядро Периферия Устройство управления Устройства ввода Вычислительное устройство (АЛУ) Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) Устройства вывода
Архитектура ЭВМ Принципы концепции ВМ фон Неймана – Двоичного кодирования. – Однородности памяти. – Адресуемости памяти. – Последовательного программного управления. – Жесткости архитектуры.
Архитектура ЭВМ фон Неймана последовательно адресуемая единственная память линейного типа для хранения программ и данных; команды и данные различаются через идентификатор неявным способом лишь при выполнении операций (позволяют обращаться с командой как с данными, например, для ее модификации); назначение данных определяется лишь логикой программы, так как в памяти машины набор бит может представлять собой как десятичное число с фиксированной точкой, так и строку символов.
Структура компьютера – это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Математич еский сопроцессор Генератор тактовых импульсов МИКРОПРОЦЕССОР АЛУ РОН УУ ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ ОЗУ КЭШ СИСТЕМНАЯ ШИНА: Шина адреса/ шина данных/ шина управления СИСТЕМА ПОРТОВ ВВОДА - ВЫВОДА ПЗУ
Состав вычислительной машины. Ядро В составе ВМ (или узла более сложной системы) можно выделить вычислительное ядро и его периферию. Ядро обычно состоит из АЛУ, выполняющего также некоторые из задач управления, и ОЗУ.
Состав вычислительной машины. Ядро В современных ВМ большинство принципов фон Неймана не соблюдены: • микропроцессоров может быть несколько, и каждый обладает поддержкой многопоточности (содержит реальные или виртуальные симметричные вычислительные модули), • суперскалярность (выполнение нескольких инструкций одновременно), MISD, MIMD, переупорядочивания команд, поддержкой SIMD-инструкций. • ОЗУ – это комбинация контроллера памяти и микросхем памяти.
Центральная часть и системная шина МИКРО ПРОЦЕССОР ü ü СИСТЕМНАЯ ШИНА Микропроцессор (МП) или CPU-это центральное устройство ПК, предназначенное для управления работой всех устройств и для выполнения арифметико –логических операций над информацией Процессор содержит: Арифметико –логическое устройство (АЛУ) Устройство управления (УУ) Регистры общего назначения (РОН) Кеш -память
АЛУ РЕГИСТР 1 1 -е число РЕГИСТР 2 результат 2 -е число СУММАТОР ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Регистры – это ячейки памяти, обладающие большим быстродействием. В принципе, достаточно двух регистров: первый принимает число и хранит результат операции, а второй только принимает число, которое после выполнения операции не меняется. Сумматор (аккумулятор) используется для временного накапливания и хранения данных, полученных в результате выполнения операций АЛУ. Устройство управления управляет вычислительным процессом по программе и координирует работу всех устройств. УУ формирует управляющие сигналы и затем их выполняет.
Регистры общего назначения служат для промежуточного хранения информации в процессе ее обработки. На физическом уровне регистр представляет совокупность триггеров, которые связаны между собой общей системой управления, при этом каждый триггер способен хранить один двоичный разряд. Кэш – память служит для повышения быстродействия процессора за счет запоминания на некоторое время полученных ранее данных, которое будет использоваться процессором в ближайшее время. Она увеличивает производительность, поскольку хранит наиболее часто используемые команды. Конструктивно кэш – память может располагаться внутри процессора –кэш –память первого уровня, и вне процессора – кэш –память второго уровня Триггер – электронная схема, применяемая в регистрах для запоминания одного бита информации и имеющая два устойчивых состояния 0 и 1
Параметры микропроцессора: Тактовая частота Частота, при которой способен работать микропроцессор. Она определяется максимальным временем, необходимым для выполнения элементарного действия Разрядность Максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться и передаваться одновременно Архитектура Минимальная конструкция процессора и система команд
«Разрядность» включает в себя: Разрядность внутренних регистров (m) Внутренняя длина машинного слова Разрядность шины данных (n) Скорость передачи данных m /n / k Разрядность шины адресов (k) Определяет адресное пространство
Пример: МП с разрядностью 16/16/20 В 2 раза МП с разрядностью 16/8/20 Доступное адресное пространство составляет 2 k При k = 20 доступное адресное пространство составляет 2 20 или 1 Мбайт
ПО КОНСТРУКТИВНОМУ ПРИЗНАКУ процессоры разрядно – модульные (собираются из нескольких микросхем) однокристальные (изготавливаютс я в виде одной микросхемы)
В зависимости от используемой системы команд процессоры CISC (Complex Instruction Set Command) с полным набором системы команд RISC (Reduced Instruction Set Command) с усеченным набором команд.
Типы МП МП CISC используются в большинстве современных ПК типа IBM и выпускаются такими фирмами, как Intel, AMD, IBM. МП RISC имеют упрощенную систему команд, при этом каждая команда выполняется за один такт. Но они программно не совместимы с МП CISC. Фирмы: Apple, DEC (Alpha), HP.
Система прерываний Оперативно реагирует на различные события, происходящие в ПК Программные прерывания Аппаратные прерывания Прерыванием называется ситуация, требующая каких-либо действий процессора при возникновении определенных событий
Программные прерывания Аппаратные прерывания Прерывания инициируются самой программой. ВНЕШНИЕ События от периферийных устройств (движение мыши) (деление на нуль) ВНУТРЕННИЕ События, происходящие в микропроцессоре (деление на нуль)
Основная память – это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в операциях.
оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) Основная память (ОП) RAM (Random Access Memoryпамять с произвольным доступом) В качестве элементов памяти в ОЗУ используются либо триггеры, либо конденсаторы ROM-BIOS постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) ПЗУ используется для хранения информации, которая не меняется при работе компьютера
В зависимости от способа хранения информации ОЗУ статистические каждый бит информации (1 или 0) хранится на элементе типа электронной защелки (триггер), состояние которого остается неизменным до тех пор, пока не будет сделана новая запись в этот элемент или не будет выключено питание динамические каждый бит информации хранит в виде заряда конденсатора. Из-за токов утечки заряд конденсатора необходимо с определенной периодичностью обновлять (регенерировать). Во время регенерации запись новой информации должна быть запрещена. Динамические ОЗУ по сравнению со статическими имеют более высокую удельную емкость, большее быстродействие и энергопотребление.
Система шина Системная шина предназначена для передачи данных между периферийными устройствами (ПУ) и центральным процессором или между периферийными устройствами и оперативной памятью.
Системная шина Шина данных Служит для передачи информации в оба направления (от МП к ОЗУ или ПУ и обратно, либо между ОЗУ и ПУ Шина управления предназначена для передачи управляющих сигналов, таких как «запись в память» , «чтение из памяти» , сигналы прерываний Шина адреса используется для адресации ОП и портов вводавывода
Системная шина обеспечивает три типа передачи данных Микропроцессор – основная память (МП -ОП); Микропроцессор – порты ввода-вывода (МП-ПВВ); Основная память – порты ввода-вывода (ОП и ПВВ).
Периферия Все устройства, не входящие в вычислительное ядро (ядра), относятся к периферийным. Они могут располагаться снаружи / внутри корпуса ЭВМ, а также входить в состав основных микросхем системы. Основная задача периферийных устройств – поставка данных на обработку, а также вывод их за пределы вычислительного ядра. Данная задача охватывает такие процессы, как оцифровка и преобразование данных в электрическую форму (из оптической, механической, электромагнитной и т. д. ), регистрация различных внешних воздействий, преобразование данных, сохранение на внешних носителях, изготовление «твердой копии» на бумаге, передача по каналам связи, отображение в графической форме на экране и т. д. Можно выделить отдельный класс устройств управления и обслуживания системы (system management and control), которые по назначению неправомерно относить к периферийным. Однако по принципу действия они являются именно периферийными.
Классификация ПУ Первоначальное деление периферийных устройств по назначению на устройства ввода и вывода неполно описывает их особенности. Общепринятым и более полным является деление на 4 базовых класса: Периферийные устройства Устройства ввода Устройства вывода Устройства хранения данных Сетевые и коммуникационные устройства
Классификация ПУ Устройства ввода предназначены для преобразования информации некоторой физической природы в электрические сигналы, пригодные для обработки ядром системы. Устройства вывода оформляют информацию, обработанную ядром системы, таким образом, что она становится пригодной для обработки человеком или другой системой. Устройства хранения данных обеспечивают хранение и последующую загрузку машинного кода и/или данных. По сути они расширяют объем оперативной памяти системы, но, в отличие от нее, не обеспечивают непосредственного доступа со стороны процессора. Сетевые и коммуникационные устройства (Network & Communication) выполняют передачу данных между вычислительными системами, минуя промежуточные носители информации. Как правило, передача выполняется на большие расстояния, не сравнимые с размерами самой ЭВМ, и требует затрат на кодирование для защиты от искажений, помех, потери, злонамеренного перехвата и т. п.
Другие критерии классификации ПУ можно также классифицировать по другим признакам, например, по конструктивному исполнению: – Внешние – имеющие свой корпус и (зачастую) отдельный источник питания (если питание по интерфейсу не предусмотрено или его мощности недостаточно). – Внутренние – расположенные внутри корпуса системы и питающиеся от системного блока питания или интерфейса. – Встроенные – расположенные на системной (материнской) плате или являющиеся частью одной из микросхем на этой плате. Общепринятой является классификация по основной функции ПУ. При этом в одном физическом корпусе могут объединяться несколько устройств различного класса (монитор со встроенными колонками и камерой, клавиатура с IP-телефоном, МФУ с принтером, сканером и факс-аппаратом и т. д. ). Каждому классу устройств присущ свой набор характеристик.
Скачать презентацию Общая структура и состав персонального компьютера Персональные
структура и состав ПК.pptx