4. Устройство персонального компьютера (пк)

4.1. Генератор тактовых импульсов(ГТИ)

4.2. Постоянное запоминающее устройство(ПЗУ)

4.3. Оперативное запоминающее устройство(ОЗУ)

4.4. Микропроцессор(МП)

4.5. Закон Мура

4.6. Конструктивное исполнение процессора

(4.4. Системная шина

4.5. CMOS

4.6. Таймер

4.7. Источник питания )

Рис.4.1. Структурная схема ПК

4.1. Генератор тактовых импульсов(ГТИ) формирует (опорную последовательность электрических) импульсы, частота которых определяет тактовую частоту работы машины. Такт – это промежуток времени между импульсами. За один такт выполняется одна операция. Например, читается число из памяти или записывается результат в память. Чем короче такт, тем выше частота, а значит и скорость работы компьютера. Поэтому частота генератора является одной из основных характеристик компьютера, определяющей скорость его работы, так как каждая команда в машине выполняется за определенное количество тактов.

4.2. Основная память состоит из : постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) (ROM - Read Only Memory - память только для чтения) и оперативного запоминающего устройства(ОЗУ) (RAM - Random Access Memory - память с произвольным доступом).

4.2. ПЗУ – постоянное запоминающее устройство (ROM - Read Only Memory - память только для чтения)- это микросхема, в которую при изготовлении на заводе «зашивается» программа BIOS(Basic Input Output System-базовая система ввода вывода). При включении компьютера в первую очередь начинает выполняться эта программа. Она проверяет состав и работоспособность компьютера и обеспечивает взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском, дисководами гибких дисков и компакт диском. Информацию в ПЗУ изменить нельзя. Это создает неудобства при модернизации BIOS, так как требуется замена модуля памяти. Поэтому во многих современных материнских платах устанавливается ППЗУ (перепрограммируемое ПЗУ), позволяющее стирать и записывать новую программу. ППЗУ называют флэш-памятью (flash memory- вспышка).

4.3. ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, или оперативная память(ОП). (RAM - Random Access Memory - память с произвольным доступом).

Оперативная память – это массив кристаллических ячеек, (способных хранить данные.) в которых хранится информация (программы и данные) непосредственно участвующая в вычислительном процессе в данный момент времени. При выключении или перезагрузке компьютера не сохраненная на диске информация памяти теряется.

С точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM-dynamic) и статическую память(SRAM-static).

Динамическая память состоит из микроконденсаторов.

Недостатки этого типа памяти:

- переходные процессы при заряде и разряде конденсаторов замедляют запись данных;

• из-за рассеивания заряда требуется периодическая подзарядка.

Достоинства. Микросхемы динамической памяти малы, просты и недороги. Поэтому они используются в качестве основной оперативной памяти ( сейчас в продаже 256-512-1024 Мбайт ).

Статическая память состоит из триггеров. Это электронные устройства, собранные из транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен / выключен), поэтому этот тип памяти в 4-5 раз превосходит динамическую по быстродействию. Однако он сложнее и дороже. Микросхемы статической памяти используются в качестве, так называемой, кэш-памяти(cache-тайник).

Кэш –это вспомогательная память не большая по размеру (порядка 128–256–512 Кбайт) предназначенная для оптимизации работы компьютера.

Конструктивно оперативная память размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули памяти бывают однорядные (SIMM-модули, Single Inline Memory Module - модуль с однорядным положением микросхем памяти) объемом 4,8,16,32Мбайт и двухрядные (DIMM-модули, Dual Inline Memory Module - модуль с двухрядным положением микросхем памяти)16,32,64,128Мбайт и более

(В процессорах Pentium принята 32-разрядная адресация, т.е. всего может быть адресов 2³² =4’294’967’296 байт ( 4,3 Гбайт ).

4.4. Микропроцессор(МП) – (центральный блок ПК,) выполняет (арифметические и логические операции над данными) вычисления и управляет работой (всех блоков) машины.

В состав микропроцессора входят:

• устройство управления(УУ) осуществляет координацию работы всех остальных устройств. Он получает импульсы от генератора и подает во все блоки машины управляющие импульсы;

• арифметическо - логическое устройство(АЛУ) - выполняет арифметические и логические операции над данными;( в процессоре может быть несколько АЛУ);

• дешифратор команд анализирует команды и сообщает устройствам, что необходимо сделать для ее выполнения;

• шинный интерфейс микропроцессора обеспечивает сопряжение и связь с другими устройствами машины.

Структура микропроцессора представлена на рис.4.2.

(При запуске программы операционная система переписывает программу из внешней памяти в ОП и после этого автоматически начинается выполнение команд программы друг за другом.)

Рассмотрим работу процессора на примере выполнения одной

машинной команды сложения двух чисел.

Сл

0 001

0 002

К ОП-код операции. Адреса ячеек памяти где находятся участвующие в операции числа(операнды).

Команда выполняется за несколько тактов.

(0 такт: считывание команды из ОП в МП;)

1 такт: 1-е слагаемое из ячейки 0001 памяти и перемещается в АЛУ;

2 такт: 2-е слагаемое из ячейки 0002 памяти и перемещается в АЛУ;

3 такт: сложение чисел в АЛУ;

4 такт: результат из АЛУ и записывается в ячейку 0001 ОП.

Из 4-х операций 3 связаны с передачей данных между памятью и процессором по системной шине. Предположим, частота процессора 600 Мгц, а частота работы шины 100 Мгц.

Возникает проблема. Быстродействующий процессор простаивает, ожидая окончания операции передачи данный по медленной шине.

Решение проблемы. Установка кэш-памяти.

КЭШ – память – высокоскоростная память, являющаяся буфером между памятью и процессором и позволяющая увеличить скорость выполнения операций. В КЭШ - памяти хранятся данные, которые процессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый доступ к этим данным позволяет сократить время выполнения очередных команд программы. КЭШ – память недоступна пользователю, отсюда и название (Cache-тайник). У Pentium-Pro она достигает 512 Кбайт.

УУ

АЛУ

Математический

сопроцессор

Дешифратор команд

Внутренний кэш(уровня 1)

Шинный интерфейс

Внешний кэш(уровня 2)

ОП

МП

ГТИ

Рис. 4.4. Структура микропроцессора

В состав процессоров Pentium входит также математический сопроцессор, который раньше выполнялся на отдельном чипе. Сопроцессор используется для ускорения выполнения операций над числами с плавающей запятой( в процессоре может быть несколько сопроцессоров).

Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения рабочей тактовой частоты и размер кэш памяти.

Рабочее напряжение понижено с 5В на первых процессорах до 2.2В на современных.

Разрядность процессора показывает сколько бит данных он может принять и обработать за один такт. Первые процессоры были 16-разрядными. Современные процессоры Pentium остаются 32-разрядными, хотя и работают с 64-разрядной шинной данных (разрядность процессора определяется шинной команд).

Первые процессоры(1971г) работали на частоте 4.77 МГц.