Основные блоки персонального компьютера.

Современный персональный компьютер состоит из нескольких основных компонент: системного блока, монитора, клавиатуры и манипуляторов.

В системном блоке размещаются: блок питания, накопитель на жёстких магнитных дисках, накопитель на гибких магнитных дисках, системная плата, платы расширения, накопитель CD-ROM и др.

Системная плата является основной в системном блоке. Она содержит компоненты, определяющие архитектуру компьютера:

центральный процессор; постоянную (ROM) и оперативную (RAM) память, кэш-память; интерфейсные схемы шин; гнёзда расширения; обязательные системные средства ввода-вывода и др.

Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые называются чипсетами (ChipSets). Часто на системных платах устанавливают и контроллеры дисковых накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и др.

В гнёзда расширения – слоты системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п.

Что такое команда?

Команда — это инструкция операции, которую должен выполнить компьютер.

В общем случае, команда содержит следующую информацию:

код операции, адреса для исходных операндов и для результата.

В зависимости от количества операндов, команды бывают:

одноадресные, двухадресные, трехадресные и переменноадресные.

Команды хранятся в ячейках памяти в двоичном коде.

В современных компьютерах длина команд переменная (от двух до четырех байтов).

В адресной части команды может быть указан сам операнд (число или символ) или адрес операнда, или адрес адреса операнда.

Как выполняется команда?

Процесс выполнения команд разбивается на следующие этапы:

• из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, выбирается очередная команда; содержимое счетчика команд при этом увеличивается на длину команды;

• выбранная команда передается в устройство управления на регистр команд;

• устройство управления расшифровывает адресное поле команды;

• по сигналам УУ операнды считываются из памяти и записываются в АЛУ на специальные регистры операндов;

• УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответствующую операцию над данными операндами;

• результат операции либо остается в процессоре, либо отправляется в память, если в команде был указан адрес результата;

• все предыдущие этапы повторяются до достижения команды “стоп”.

Вопрос №9 Архитектура и структура компьютера. Мостовая архитектура.Сновные характеристики компа.

При рассмотрении компьютеров принято различать их архитектуру и структуру.

Архитектурой компьютера называется его описание на общем уровне, включающее описание возможностей программирования, системы команд и адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств.

Структура компьютера — это есть совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения.

· Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа . Это однопроцессорный компьютер. (см. рис.2)

К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой системной магистралью.

Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных микросхем. Совокупность линий магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.

Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через контроллеры — специальные устройства управления периферийными устройствами.

Контроллер — это устройство, которое связывает периферийное оборудование с центральным процессором, освобождая процессор от управления оборудованием.

Рис. 2. Архитектура компьютера.

В обычной мостовой архитектуре основной набор микросхем состоит из двух мостов — северного и южного. В северном — реализован контроллер памяти, графического порта AGP и шины PCI. В южном — АТА (ГОЕ)-контроллер для жестких дисков и IDE-устройств, порты ввода-вывода и некоторые другие контроллеры. Южный мост соединяется с северным при помощи PCI-шины. В «хабовой» архитектуре для связи мостов используется более скоростная шина. Такое решение позволяет, во-первых, ускорить обмен данными между устройствами, а во-вторых, освободить PCI-шину от обслуживания южного моста.

Функции южного моста постоянно расширяются. Для современных южных мостов характерно наличие следующих контроллеров:

□ контроллер АТА;

□ контроллеры USB;

□ звуковой контроллер АС'97, в том числе с шестиканальным цифровым выходом SPDIF.

Часто добавляется сетевой Ethernet-контроллер и контроллер домашних сетей HomePNA.

(Под системной шиной можно понимать шину, служащую для связи различных компонентов вычислительной системы в единое целое. При этом существует понятие локальной системной шины, подразумевающее, что действие и назначение шины в рамках системы достаточно локально, но расположена шина внутри системы, например, возле ядра. )

Основные характеристики компа

Микропроцессор. Самым главным элементом в компьютере является микропроцессор - небольшая электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора.

Оперативная память. Из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. (128, 256 ОЗУ)

Электронные платы. Каждая плата представляет собой плоский кусок пластика, на котором укреплены электронные компоненты (микросхемы, конденсаторы и т.д.) и различные разъемы.

Материнская плата. Самой большой электронной платой в ком­пьютере является системная, или материнская, плата. На ней обычно располагаются ос­новной микропроцессор, оперативная па­мять, кэш-память, шина (или шины) и ВIOS. Контроллеры. Электронные схемы, управляющие различными уст­ройствами компьютера, называются контроллерами.

Платы контроллеров. В большинстве компью­теров некоторые контроллеры располага­ются на отдельных электронных платах - платах контроллеров.

Шины. При вставке в разъем материнской платы контроллер подключается к шине - магистрали передачи данных между оперативной памятью и контроллерами.

Контроллеры портов ввода-вывода. Часто этот контроллер интегрирован на материнской платы- Контроллер портов ввода-вывода соединен кабелями с разъемами на задней стенке компьютера, через которые к компьютеру подключаются принтер, мышь и некоторые другие устройства. Порты ввода-вывода бывают следующих типов: параллельные (LPT1 - LPT4), последовательные (обозначаемые СОМ1-СОМЗ), игровой порт - к его разъему

Разъемы шины USB. В некоторых новых компьютерах имеются разъемы универсальной последовательной шины USB.

Накопители на жестком диске(винчестеры) предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером и программ операционной системы. Из всех устройств хранения данных жесткие диски обеспечивают.

Производительность (быстродействие) ПК – возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней (например, Pentium III обрабатывает информацию со скоростью в сотни миллионов операций в секунду)

Производительность (быстродействие) процессора – количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.

Тактовая частота процессора (частота синхронизации) - число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например сложение). Таким образом Тактовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера

Задается ТЧ специальной микросхемой «генератор тактовой частота», который вырабатывает периодические импульсы. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Частота в 1Мгц = 1миллиону тактов в 1 секунду.  Превышение порога тактовой частоты приводит к возникновению ошибок процессора и др. устройств. Поэтому существуют фиксированные величины тактовых частот для каждого типа процессоров, например: 2,8 ;  3,0  Ггц  и тд

Разрядность процессора – max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком.

Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти – регистрами. Регистр в 1байт (8бит) называют восьмиразрядным, в 2байта – 16-разрядным и тд.  Высокопроизводительные компьютеры имеют 8-байтовые регистры (64разряда)

Время доступа - Быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывание min порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные модули обладают скоростью доступа свыше 10нс (1нс=10^-9с)

Объем памяти (ёмкость) –  max объем информации, который может храниться в ней.

Плотность записи – объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм)

Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве

Вопрос №10 Микропроцессор

Микропроцессор - это процессор, выполненный в виде большой ин-тегральной схемы(БИС) и заключённый в герметический корпус.  Воснове любой ПЭВМ(персональной ЭВМ) лежит  использование  мик-ропроцессоров. Микропроцессор является "мозгом" компьютера. Оносуществляет выполнение программ,  работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера.

Основными характеристиками микропроцессора являются быстродействие и разрядность. Быстродействие - это число выполняемых операций в секунду. Разрядность характеризует объём инфор-мации,  который  микропроцессор обрабатывает за одну операцию:8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает 8 бит  информации, 32-разрядный - 32 бита.Скорость его работы во многомопределяет быстродействие компьютера.  В IBM  PC  используются микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, или совместимые с ними процессоры других фирм

                    СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА.

                      ┌───────────────────┐

                      │  Микропроцессор   │

                      ├─────────┬─────────┤

                      │         │         │

     ┌────────────────┤     ┌───┴──┐      ├───────────────┐

     │     А Л У      │     │  У У │      │   РЕГИСТРЫ    │

     └────────────────┘     └──────┘      └───────────────┘

 

      А Л У  0- арифметическо-логическое устройство.  Оно обеспе-чивает выполнение основных операций по обработке информации.Любую задачу компьютер разбивает на отдельные  логическиеоперации,  производимые  над двоичными числами,  причем в одну секунду осуществляются сотни тысяч или миллионы  таких  операций.  Сложение,  вычитание, умножение и деление – элементарные операции,  выполняемые А Л У ЭВМ.  Полный набор таких операций называют системой команд, а схемы их реализации составляют основу А Л У.  Помимо арифметического устройства АЛУ включает  и логическое устройство,  предназначенное для операций, при осуществлении которых отсутствует перенос из  разряда  в  разряд.Иногда  эти  операции  называют логическое И и логическое ИЛИ.Все операции в АЛУ производятся в регистрах - специально отведенных ячейках АЛУ. Время выполнения простейших операций определяется минимальным временем сложенния двух операндов,  находящихся  в регистрах.  В случае ,  если одно или оба слагаемых находятся не в регистра,  а в  запоминающем  устройстве  (ЗУ),учитывается также время пересылки слагаемых в регистры и время записи полученной суммы в ЗУ.  В большинстве современных  микропроцессоров это время составляет от нескольких сотен наносекунд до нескольких микросекунд.

У У 0 - устройство управления, управляет процессом обработки и обеспечивает связь с внешними  устройствами.  РЕГИСТРЫ  -внутренние носители информации микропроцессора. Это внутренняя память процессора.  Регистров - три.  Один хранит команды  или инструкции,  два  других - данные.  В соответствии с командами процессор может производить сложение,  вычитание или сопоставление содержимого регистров данных.Основной микропроцессор определяет быстродействие  компьютера.  Исходный  вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XTиспользуют микропроцессор Intel-8088. Модель IBM PC AT использует  более  мощный микропроцессор Intel-80286 и ее производительность приблизительно в 5-6 раз больше,  чем у IBM  PC  XT.

Модели  серии  PC/2  используют  более  мощный  микропроцессорIntel-80386.  Их производительность приблизительно в 3-4  раза больше,  чем у IBM PC AT, однако это увеличение производительности существенно,  в основном,  для решения задач,  требующих большого об'ема вычислений.

      2Характеристики микропроцессоров.   Микропроцессоры отличаются  друг  от друга двумя характеристиками:  типом(моделью) и тактовой частотой.  Наиболее распространены модели Intel-8088,

80286, 80386SX, 80386(DX), 80486(SX, SX2, DX, DX2, DX4 и т.д.)и Pentium,  они приведены в порядке возрастания производительности  и цены.  Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота,  тем выше производительность и цена микропроцессора.

      2Тактовая частота  0указывает,  сколько элементарных  операций(тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду.  Тактовая частота измеряется в мегагерцах(МГц).  Следует  заметить,  что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции(например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем выше  модель микропроцессора,  тем меньше тактов требуется для выполнения одних и тех  же  операций.  Поэтому  микропроцессор Intel-80386 работает в два раза быстрее Intel-80286 с такой же частотой.

      2Сопроцессоры.  0Микропроцессоры 8088,  80286,  80386 сконструированы так,  что они позволяют использовать арифметические сопроцессоры 8087, 80287, 80387 фирмы "Intel"-соответственно.

Специализация сопроцессоров  состоит  в быстрой обработке чисел сплавающей запятой. Они могут выполнять как обычные операции сложения,  вычетания,  умножения и деления,  так и более сложные  операции,  такие  как  вычисление  тригонометрических функций .Конструктивно заложенные в микропроцессор сигналы, позволяют передавать работу сопроцессору и затем получать результаты обработки.  Чтобы использовать арифметический  сопроцессор, находящийся в составе компьютера,  необходимы программы, которые могут выдавать специальные коды,  необходимые для  запуска сопроцессора.

                    2КОМАНДЫ ПРОЦЕССОРА.

      21 0. 2АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ 0   -  это  такие  операции,  как сложение, вычитание, умножение, деление и другие.

     22 0. 2ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ 0   -   это   такие   операции,   как сравнение,  отредактировать  и  отметить,   логическое   И   и логическое ИЛИ, исключение, проверка по маске и прочее.

      23 0. 2ОПЕРАЦИИ ВВОДА-ВЫВОДА 0 - это такие операции, как начать, остановить,  опросить устройства ввода-вывода, опросить каналы и так далее.

      24 0. 2ОПЕРАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СОСТОЯНИЯ 0   - это такие операции, как проверить и установить,  загрузить реальные адреса  и  так далее.

Материнские платы. Чипсеты и их архитектура

Материнская плата (motherboard) – это основная плата в персональном компьютере, так называемый фундамент для построения ПК, поэтому к её выбору стоит отнестись очень серьёзно. Именно от материнской платы зависит производительность, стабильность и масштабируемость, то есть дальнейший апгрейд вашего компьютера, возможность установки более мощного процессора, большего количества памяти и так далее.  

материнская плата является основной платой современного ПК. В основе любой материнской платы лежит так называемый набор логики (или чипсет, кому как больше нравится). Чипсет представляет собой базовый набор микросхем, определяющий возможности и архитектуру материнской платы. Говоря простым языком, именно чипсет определяет то, какой процессор можно установить на материнскую плату, какой обьём и тип оперативной памяти будет поддерживать материнская плата и т.д.

 

Чипсет состоит из двух микросхем, которые называют южным и северным мостами. Северный мост по своей сути является связующим мостом и контролирует потоки данных различных шин. К нему подключены все основные шины компьютера: процессорная, шина оперативной памяти, графическая, шина соединения с южным мостом. Южный мост отвечает за периферийные устройства и различные внешние шины. Так, к нему подключены: слоты расширения, порты USB, IDE-контроллер, дополнительные IDE-, SATA-или FireWire-контроллеры. Двухчиповая архитектура является классической, однако не исключены и одночиповые решения. Большинство современных наборов логики представляет собой одночиповое решение, однако архитектуры, с точки зрения техники, это не меняет. В данном случае один чип сочетает в себе возможности и южного, и северного мостов, которые, в свою очередь, связаны между собой.

Современный набор логики без проблем может предложить все необходимые возможности: работа с современными процессорами, поддержка приличного объёма оперативной памяти, несколько каналов IDE, работа с Serial ATA жёсткими дисками, 8-10 портов USB для подключения внешних периферийных устройств. Некоторые чипсеты могут похвастаться такой возможностью, как создание RAID-массива.

Отдельно хочется отметить интегрированные наборы логики – чипсеты со встроенным графическим ядром. Как правило, на таких чипсетах проектируются бюджетные материнские платы, которые позволяют сэкономить средства за счёт встроенный видеокарты. Однако от такой системы не стоит ждать чудес в плане графической производительности

схематически изображено устройство архитектуры любой материнской платы.