Архитектура ПК Лекция

Под архитектурой компьютера будем понимать функциональную организацию компьютера, т.е. описание устройств, принципы их работы, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативной памяти и внешних устройств. Под архитектурой компьютера будем понимать функциональную организацию компьютера, т.е. описание устройств, принципы их работы, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативной памяти и внешних устройств.

Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

КЛАССИЧЕСКАЯ АРХИТЕКТУРА ФОН НЕЙМАНА Несмотря на разнообразие существующих в настоящее время ЭВМ, в основу их построения и работы заложены общие функциональные принципы, которые впервые были сформулированы американским математиком Джоном фон Нейманом и представлены им еще в 1945 году в "Предварительном докладе о машине EDVAC" Несмотря на разнообразие существующих в настоящее время ЭВМ, в основу их построения и работы заложены общие функциональные принципы, которые впервые были сформулированы американским математиком Джоном фон Нейманом и представлены им еще в 1945 году в "Предварительном докладе о машине EDVAC"

1. Принцип общего устройства Для того, чтобы устройство было универсальным средством обработки информации, оно должно состоять из следующих частей: - арифметико-логического устройства (АЛУ) - устройства управления (УУ) - оперативной памяти (ОП) - устройств ввода-вывода (УВВ). А также быть электронным, а не механическим, и работать в двоичной системе счисления. Для того, чтобы устройство было универсальным средством обработки информации, оно должно состоять из следующих частей: - арифметико-логического устройства (АЛУ) - устройства управления (УУ) - оперативной памяти (ОП) - устройств ввода-вывода (УВВ). А также быть электронным, а не механическим, и работать в двоичной системе счисления.

Принцип общего устройства АЛУУУУВВ ОП

2. Принцип произвольного доступа к основной памяти Память - это совокупность ячеек с адресами, где хранится информация, закодированная двоичными числами. И каждому устройству в любой момент доступна любая ячейка основной памяти Память - это совокупность ячеек с адресами, где хранится информация, закодированная двоичными числами. И каждому устройству в любой момент доступна любая ячейка основной памяти

3. Принцип хранимой программы Каждая команда кодируется в двоичном коде в виде последовательности 0 и 1, и может быть помещена в память компьютера. Таким образом, программа, представляющая собой набор команд, хранится в памяти вместе с данными. Каждая команда кодируется в двоичном коде в виде последовательности 0 и 1, и может быть помещена в память компьютера. Таким образом, программа, представляющая собой набор команд, хранится в памяти вместе с данными.

4. Принцип программного управления ЭВМ может выполнять последовательность команд, находящуюся в памяти машины, без участия человека, т.е. автоматически. ЭВМ может выполнять последовательность команд, находящуюся в памяти машины, без участия человека, т.е. автоматически.

ПРОЦЕССОР Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены. В составе процессора находится еще несколько устройств, называемых регистрами. Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены. В составе процессора находится еще несколько устройств, называемых регистрами.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОРА Микропроцессоры различаются рядом важных характеристик: тактовой частотой обработки информации; тактовой частотой обработки информации; разрядностью. разрядностью.

Тактовая частота Тактом называют интервал времени между двумя последовательными импульсами электрического тока. Тактом называют интервал времени между двумя последовательными импульсами электрического тока. Эти импульсы вырабатывает тактовый генератор частоты, расположенный на системной плате. Эти импульсы вырабатывает тактовый генератор частоты, расположенный на системной плате. Тактовая частота – это количество тактов в секунду и измеряется в мегагерцах(1МГц= 1 млн тактов/сек). Тактовая частота – это количество тактов в секунду и измеряется в мегагерцах(1МГц= 1 млн тактов/сек).

Разрядность процессора Разрядность процессора - это число битов, обрабатываемых процессором одновременно. Процессор может быть 8-, 16-, 32- и 64-разрядным. Разрядность процессора - это число битов, обрабатываемых процессором одновременно. Процессор может быть 8-, 16-, 32- и 64-разрядным. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемый процессором компьютера за единицу времени. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемый процессором компьютера за единицу времени.

Устройство памяти Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов - битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов - битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом.

Устройства памяти Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт. Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт. Различают два основных вида памяти - внутреннюю и внешнюю. Различают два основных вида памяти - внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память Основная память (внутренняя) располагается внутри системного блока. Она является обязательной составной частью любого компьютера, реализуется в виде электронных микросхем и в персональных компьютерах располагается на материнской плате. Основная память (внутренняя) располагается внутри системного блока. Она является обязательной составной частью любого компьютера, реализуется в виде электронных микросхем и в персональных компьютерах располагается на материнской плате. Внутренняя память состоит из постоянной и оперативной. Внутренняя память состоит из постоянной и оперативной.

Оперативная память Оперативная память это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory память с произвольным доступом) это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Оперативная память Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. Объем ОЗУ обычно составляет от 32 до 2 Гбайт. Объем ОЗУ обычно составляет от 32 до 2 Гбайт.

Оперативная память Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем (16, 32, 64, 128, 256 или 512 Мбайт), число микросхем, паспортная частота (100 или 133 МГц), время доступа к данным (6 или 7 наносекунд) и число контактов (72, 168 или 184). Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем (16, 32, 64, 128, 256 или 512 Мбайт), число микросхем, паспортная частота (100 или 133 МГц), время доступа к данным (6 или 7 наносекунд) и число контактов (72, 168 или 184).

Кэш-память Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Постоянная память ПЗУ энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом "зашивается" в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать. ПЗУ (англ. ROM, Read Only Memory память только для чтения) энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом "зашивается" в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

Постоянная память Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств. Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.

Постоянная память К постоянному ЗУ относится и CMOS RAM память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS. К постоянному ЗУ относится и CMOS RAM память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Setup устанавливать).

Постоянная память Flash Memory энергонезависимая память, допускающая многократ- ную перезапись своего содержимо- го с дискеты. Ее важнейшая микросхема BIOS совокуп- ность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операцион- ной системы в оперативную память. Flash Memory энергонезависимая память, допускающая многократ- ную перезапись своего содержимо- го с дискеты. Ее важнейшая микросхема BIOS (базовая система ввода-вывода) совокуп- ность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операцион- ной системы в оперативную память.

Видеопамять VRAM разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти. VRAM разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Функциональная схема ПК МАГИСТРАЛЬ ПроцессорВнутренняя память Устройства ввода: Клавиатура Мышь Микрофон Сканер Цифровая камера Джойстик Внешняя память: НГМД НЖМД CD-ROM DVD-ROM Устройства вывода: Монитор Принтер Акустические колонки Плоттер Устройства приема/ передачи: Сетевая плата Модем

Внешняя память Все, что накапливается за многолетнюю работу на компьютере (программы, данные, графика, документы и др.), хранится именно во внешней памяти. При отключении питания компьютера внешняя память, в отличие от оперативной, сохраняет помещенную в нее информацию сколь угодно долго. Все, что накапливается за многолетнюю работу на компьютере (программы, данные, графика, документы и др.), хранится именно во внешней памяти. При отключении питания компьютера внешняя память, в отличие от оперативной, сохраняет помещенную в нее информацию сколь угодно долго.

Внешняя память Обмениваться информацией непосредственно с процессором ВЗУ не могут. Если возникает необходимость использования, то на время обработки нужная информация загружается в оперативную память, которая обменивается ею непосредственно с процессором. Из оперативной памяти информация для хранения снова записывается в ВЗУ. Обмениваться информацией непосредственно с процессором ВЗУ не могут. Если возникает необходимость использования, то на время обработки нужная информация загружается в оперативную память, которая обменивается ею непосредственно с процессором. Из оперативной памяти информация для хранения снова записывается в ВЗУ.

Внешняя память Внешняя память по сравнению с оперативной работает на несколько порядков медленнее, так как представляет собой не электронные, а электромеханические устройства. Внешняя память по сравнению с оперативной работает на несколько порядков медленнее, так как представляет собой не электронные, а электромеханические устройства.

Внешняя память В зависимости от технологии записи, хранения и воспроизведения инфор- мации устройства внешней памяти бывают магнитные, оптические и смешанные - магнитно-оптические. По способу доступа к информации устройства внешней памяти делят на устройства прямого доступа и устройства последова- тельного доступа. В зависимости от технологии записи, хранения и воспроизведения инфор- мации устройства внешней памяти бывают магнитные, оптические и смешанные - магнитно-оптические. По способу доступа к информации устройства внешней памяти делят на устройства прямого доступа (дисковые) и устройства последова- тельного доступа (ленточные).

Внешняя память Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и считывание информации) и носителя (устройства хранения информации). Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и считывание информации) и носителя (устройства хранения информации).

Основные характеристики ВЗУ: Вид носителя Информационнная ёмкость Скорость обмена дискета1,44 Мбайта250, 300 и 500 Кб винчестерот 10 Гбайт до 100 Гбайт до 60 Мбайт/сек CD-ROM650 Мбайтдо 7,5 Мбайт/сек

Винчестер (НЖМД)

Дисковод

CD-ROM