загрузка...
загрузка...
На головну

Комп'ютер як виконавець команд

  1.  Cipher-шифрування Даних через командний рядок
  2.  Cтруктура механічної частини приводу Механічні характеристики двигуна і виконавчого органу
  3.  I. Комп'ютерна симуляція експериментальних даних
  4.  IP адреса в комп'ютерних мережах Ethernet і Інтернет
  5.  IX. Перелік указів Президента Російської Федерації, які стверджують систему і структуру федеральних органів виконавчої влади в період з 1991 р по 2001 р
  6.  IХ. Пропозиції щодо участі федеральних органів виконавчої влади в реалізації програмних рішень розвитку меліоративного комплексу.
  7.  MIMD комп'ютери

Магістрально-модульний принцип побудови комп'ютера

В основу архітектури сучасних персональних комп'ютерів покладено магістральної-модульний принцип. Цей принцип передбачає побудову комп'ютера з функціональних блоків, що взаємодіють за допомогою загального каналу (каналів) - шини. У поєднанні з відкритою (загальновідомою) архітектурою які нададуть повну збирати машину потрібної конфігурації.

Магістраль включає в себе три багаторозрядних шини; шину даних, шину адреси і шину управління, які представляють собою багатопровідні лінії (рис 4).

рис 4 Магістрально-модульний пристрій комп'ютера

До магістралі підключаються процесор і оперативна пам'ять, а також периферійні пристрої введення, виведення і зберігання інформації, які обмінюються інформацією у формі послідовностей нулів і одиниць, реалізованих у вигляді електричних імпульсів.

Шина даних. По цій шині дані передаються між різними пристроями. Наприклад, лічені з оперативної пам'яті дані можуть бути передані процесору для обробки, а потім отримані дані можуть бути відправлені назад в оперативну пам'ять для зберігання. Таким чином, дані по шині даних можуть передаватися від пристрою до пристрою через області оперативної пам'яті.

Розрядність шини даних визначається розрядністю процесора, т. Е. Кількістю двійкових розрядів, які процесор обробляє за один такт. Розрядність процесорів постійно збільшувалася у міру розвитку комп'ютерної техніки і в даний час складає 64 біта.

 

Шина адреси. Вибір пристрою або комірки пам'яті, куди пересилаються або звідки зчитуються дані по шині даних, виробляє процесор. Кожен пристрій або осередок оперативної пам'яті має свою адресу. Адреса передається по адресній шині, причому сигнали по ній передаються в одному напрямку від процесора до оперативної пам'яті і пристроїв (односпрямована шина).

Розрядність шини адреси визначає обсяг пам'яті, т. Е. Кількість осередків оперативної пам'яті, які можуть мати унікальні адреси. Кількість адресованих осередків пам'яті можна розрахувати за формулою:

N = 2I, Де I - розрядність шини адреси.

Розрядність шини адреси постійно збільшувалася і в процесорах Pentium Extreme Edition становить 64 біта. Таким чином, кількість адресованих елементів пам'яті в таких процесорах одно:

N = 264 осередків.

Шина управління. По шині управління передаються сигнали, що визначають характер обміну інформацією по магістралі. Сигнали управління визначають, яку операцію - зчитування або запис інформації з пам'яті потрібно виробляти, синхронізують обмін інформацією між пристроями і т. Д.

Системна плата. Найважливішим апаратним компонентом комп'ютера є системна плата (рис. 5, 6).

рис 5 Системна плата

На системній платі реалізована магістраль обміну інформацією, є роз'єми для установки процесора, слоти для установки оперативної пам'яті, а також контролерів зовнішніх пристроїв.

рис 6 Логічна схема системної плати

Пропускна здатність. Швидкодію пристрою залежить від тактової частоти тактового генератора (зазвичай вимірюється в мегагерцах - МГц) і розрядності, т. Е. Кількості бітів даних, які пристрій може обробляти або передавати одночасно (вимірюється в бітах). Додатково в пристроях використовується внутрішнє множення частоти з різними коефіцієнтами.

Відповідно, швидкість передачі даних (пропускна здатність) з'єднують ці пристрої шин також повинна відрізнятися. Пропускна здатність шини даних (вимірюється в біт / с) дорівнює добутку розрядності шини (вимірюється в бітах) і частоти шини (вимірюється в Гц = 1 / с):

Пропускна здатність шини = Розрядність шини х Частота шини.

Північний і південний мости. Для узгодження тактової частоти і розрядності пристроїв на системній платі встановлюються спеціальні мікросхеми (їх набір називається чіпсетом), що включають в себе контролер оперативної пам'яті і відеопам'яті (так званий північний міст) і контролер периферійних пристроїв (південний міст).

Частота процесора. Північний міст забезпечує обмін даними з процесором, оперативною пам'яттю і відеопам'яттю. Частота процесора в кілька разів більше, ніж базова частота магістралі (іноді її називають шиною FSB від англ. FrontSide Bus). Наприклад, в найбільш швидких комп'ютерах (2006 рік) частота шини FSB становить 266 МГц, коефіцієнт множення частоти 14, отже, частота процесора 266 МГц х 14 »3,7 ГГц.

Системна шина. Між північним мостом і процесором дані передаються по системної шині з частотою, яка в чотири рази більше частоти шини FSB. Таким чином, процесор може отримувати і передавати дані з частотою 266 МГц х 4 = 1 064 МГц. Так як розрядність системної шини дорівнює розрядності процесора і становить 64 біта, то пропускна здатність системної шини дорівнює:

64 біт х 1064 МГц = 68 096 Мбіт / с ? 66 Гбіт / с ? 8 Гбайт / с.

Шина пам'яті. Обмін даними між процесором і оперативною пам'яттю здійснюється по шині пам'яті, частота якої може бути менше, ніж частота шини процесора. Наприклад, частота шини пам'яті може становити 533 МГц, т. Е. Оперативна пам'ять отримує дані в два рази рідше, ніж процесор. Так як розрядність шини пам'яті дорівнює розрядності процесора і становить 64 біта, то пропускна здатність шини пам'яті дорівнює:

64 біт х 533 МГц = 34 112 Мбіт / с ? 33 Гбіт / с ? 4 Гбайт / с.

Шини AGP и PCI Express. В міру ускладнення графіки додатків вимоги до швидкодії шини, що зв'язує відеопам'ять з процесором і оперативною пам'яттю, зростають. Для підключення відеокарти до північного мосту може використовуватися 32-бітова шина AGP (Accelerated Graphic Port - прискорений графічний порт). Ця шина спочатку передавала дані з частотою 66 МГц, в даний час можливе використання шини AGPx8, частота якої 66 МГц х 8 = 528 МГц. В цьому випадку пропускна здатність шини відеоданих складає:

32 біт х 528 МГц = 16 896 Мбіт / с = 16,5 Гбіт / с ? 2 Гбайт / с.

В даний час для підключення відеокарти до північного мосту все більшого поширення набуває шина PCI Express (Peripherial Component Interconnect bus Express - прискорена шина взаємодії периферійних пристроїв). Пропускна здатність цієї шини значно вище пропускної здатності PCI і AGP.

До видеоплате за допомогою аналогового роз'єму VGA (Video Graphics Array - графічний відеоадаптер) або цифрового роз'єму DVI (Digital Visual Interface - цифровий відеоінтерфейс) підключається електронно-променевої або рідко-кристалічний монітор або проектор.

шина PCI. До північного мосту підключається по спеціальній шині південний міст, до якого, в свою чергу, підключаються периферійні пристрої. Шина PCI (Peripherial Component Interconnect bus - шина взаємодії периферійних пристроїв) забезпечує обмін інформацією з контролерами периферійних пристроїв, які встановлюються в слоти розширення системної плати.

Найбільш часто ця шина використовується для установки пристроїв доступу до локальної мережі (мережева карта), глобальної мережі Інтернет (вбудований модем) і бездротової мережі (мережевий адаптер Wi-Fi, вимовляється «вай-фай», скор. Від Wireless Fidelity - протокол і стандарт на обладнання для широкосмугового радіозв'язку).

Розрядність шини PCI може становити 32 біта pi л і 64 біта, а частота - 33 МГц або 66 МГц. Таким чином, максимальна пропускна здатність шини PCI становить:

64 біт х 66 МГц = 4224 Мбіт / с = 528 Мбайт / с.

Шина IEEE 1394 (інші назви Fire Wire, i-Link). Послідовна високоскорфстная шина, призначена для обміну цифровою інформацією між комп'ютером і цифровими пристроями (цифровими відеокамерами, DVD-плеєрами та ін.) Без втрати якості зображення і звуку. (Цю функцію може виконувати також контролер IEEE 1394, який підключається до шини PCI.) Швидкість Передачі даних по цій шині може досягати 200 Мбайт / с і більше.

шина АТА. Пристрої зовнішньої пам'яті (жорсткі диски, CD- і DVD-дисководи) підключаються до південного мосту по шині АТА (англ. Advanced Technology Attachment - шина підключення накопичувачів). Раніше використовувалася паралельна шина РАТА (англ. Parallel АТА), швидкість передачі даних по якій може досягати 133 Мбайт / с. В даний час широкого поширення набула послідовна шина SAT А (англ. Serial АТА), швидкість передачі даних по якій може досягати 300 Мбайт / с.

шина USB. Для підключення принтерів, сканерів, цифрових камер і інших периферійних пристроїв зазвичай використовується шина USB (Universal Serial Bus - універсальна послідовна шина). Ця шина має пропускну здатність до 60 Мбайт / с і забезпечує підключення до комп'ютера одночасно декількох периферійних пристроїв (принтер, сканер, цифрова камера, Web-камера, модем та ін.).

Клавіатура і миша. Клавіатура і миша підключаються за допомогою порту PS / 2 або шини USB (в тому числі за допомогою бездротового адаптера).

Звук. До південного мосту може підключатися інтегрована в системну плату мікросхема, яка забезпечує обробку цифрового звуку (цю функцію може виконувати також звукова плата, яка підключається до шини PCI). За допомогою аудіорознімів до системної платі можуть підключатися мікрофон, колонки або навушники.

Як працює комп'ютер, або принципи фон Неймана(Рис 7)

У своїй доповіді Джон фон Нейман описав, як повинен бути влаштований комп'ютер для того, щоб він був універсальним і ефективним пристроєм для обробки інформації.

Перш за все, комп'ютер повинен мати наступні пристрої:

· Арифметичне-логічний пристрій, що виконує арифметичні і логічні операції;

· Пристрій управління, яке організовує процес виконання програм;

· Пристрій, що запам'ятовує, або пам'ять для зберігання програм і даних;

· Зовнішні пристрої для введення-виведення інформації.

рис 7 Схема фон Неймана

Пам'ять комп'ютера повинна складатися з певної кількості пронумерованих осередків, у кожній з яких можуть перебувати або оброблювані дані, або інструкції програм. Всі комірки пам'яті повинні бути однаково легко доступні для інших пристроїв комп'ютера.

Ось якими мають бути зв'язку між пристроями комп'ютера (одинарні лінії показують керуючі зв'язку, подвійні - інформаційні).

У загальних рисах роботу комп'ютера можна описати так. Спочатку за допомогою будь-якого зовнішнього пристрою в пам'ять комп'ютера вводиться програма. Пристрій управління зчитує вміст комірки пам'яті, де знаходиться перша інструкція (команда) програми, і організовує її виконання. Ця команда може задавати виконання іфметіческіх або логічних операцій, читання з пам'яті даних для виконання арифметичних або логічних операцій або запис їх результатів у пам'ять, введення даних із зовнішнього пристрою в пам'ять або виведення даних з пам'яті на зовнішній пристрій.

Як правило, після виконання однієї команди пристрій управління починає виконувати команду з комірки пам'яті, яка знаходиться безпосередньо за тільки що виконаної командою. Однак цей порядок може бути змінений за допомогою команд передачі управління (переходу). Ці команди вказують пристрою управління, що йому слід продовжити виконання програми, починаючи з команди, що міститься в деякій іншій комірці пам'яті. Такий «стрибок», або перехід, в програмі може виконуватися не завжди, а тільки при виконанні деяких умов, наприклад, якщо деякі числа рівні, якщо в результаті попередньої арифметичної операції вийшов нуль і т. Д. Це дозволяє використовувати одні і ті ж послідовності команд в програмі багато разів (т. е. організовувати цикли), виконувати різні послідовності команд в залежності від виконання певних умов і т. д., т. е. створювати складні програми.

Таким чином, керуючий пристрій виконує інструкції програми автоматично, т. Е. Без втручання людини. Воно може обмінюватися інформацією з оперативною пам'яттю і зовнішніми пристроями комп'ютера. Оскільки зовнішні пристрої, як правило, працюють значно повільніше, ніж в інших частинах комп'ютера, керуючий пристрій може призупиняти виконання програми до завершення операції введення-виведення із зовнішнім пристроєм. Всі результати виконаної програми повинні бути нею виведені на зовнішні пристрої комп'ютера, після чого комп'ютер переходить до очікування будь-яких сигналів зовнішніх пристроїв.

Слід зауважити, що схема пристрою сучасних комп'ютерів дещо відрізняється від наведеної вище. Зокрема, арифметично-логічний пристрій і пристрій управління, як правило, об'єднані в єдиний пристрій - центральний процесор. Крім того, процес виконання програм може перериватися для виконання невідкладних дій, пов'язаних з надійшли сигналами від зовнішніх пристроїв комп'ютера - переривань. Багато швидкодіючі комп'ютери здійснюють паралельну обробку даних на декількох процесорах. Тим не менше, більшість сучасних комп'ютерів в основних рисах відповідають принципам, викладеним фон Нейманом.

Контрольні питання:

1.Які шини включає в себе магістраль?

2.Для чого потрібна шина даних?

3.Що знаходиться на системній платі?

4.Чому дорівнює пропускна здатність шини?

5.Що включає в себе північний міст?

6.Для чого потрібна шина пам'яті?

7.Для чого використовується шина PCI?

8.Як працює комп'ютер по фон Нейманом?


2.2.2 Зберігання інформаційних об'єктів

зовнішня пам'ять

На відміну від оперативної, внутрішньої пам'яті комп'ютера, існує так звана зовнішня пам'ять. Зовнішня пам'ять може складатися з декількох елементів. Пристрої, що дозволяють записувати інформацію на дискети і зчитувати її з дискет, називаються дисководами. (Рис 8).

рис 8зовнішня пам'ять




 Види систем числення |  Які системи числення використовуються для спілкування з ЕОМ? |  Опис алгоритму словами і формулами |  Приклад 1. |  Опис алгоритму на алгоритмічній мові |  Графічне опис алгоритму |  Позначення і функціональне призначення деяких символів графічного опису алгоритмів |  види алгоритмів |  Приклад 2. |  розгалужуються алгоритми |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати