Лекция №4 осн.вар.2013г


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

ЛЕКЦИЯ № 4 УСТРОЙСТВО ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМАрхитектура компьютера определяется совокупностью её свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям ЭВМ, которые можно назвать как основные и дополнительные. Основные: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные: обеспечивают эффективный режим работы ЭВМ, диалог с пользователем, надёжность. Названные функции реализуются с помощью аппаратных и программных средств.. Структура ЭВМ это модель, устанавливающая состав, порядок и принцип взаимодействия входящих в неё компонентовПо мере развития технических средств ЭВМОсновные функции процессора: 1. Управление процессом вычисления.2. Выполнение операций над данными.3. Хранение некоторых переменных, участвующих в процессе вычисления.4. Обеспечение сопряжения с другими устройствами компьютера – интерфейс (interface). Это совокупно- сть средств сопряжения и связи устройств ПК (апп. и программных), обеспечивающая их взаимодействие . В процессе развития ВТ учёные и конструкторы изменили (расширили, усложнили) содержание и структуру отдельных блоков. Кроме того для расширения вычислительных и других возможностей были сильно развиты внешние или периферийные устройства. В современных ЭВМ арифметическое устройство и блок управления объединены и названы процессор. Процессор, выполненной по интегральной техноло- гии в виде одного кристалла (БИС) называется микропроцессором. Возможно использование неско – льких БИС в одном микропроцессоре. ЭВМ с одним МП называются одно – кристальные микро- ЭВМ благодаря миниатюризации её основных ком- понент, выполненных на современной микроэлек- тронной элементной базе. Связь между компонен- тами осуществляется через общую магистраль. Учитывая, что в настоящее время используют толь- ко СБИС, в описаниях часто употребляют термин процессор вместо- микропроцессор. Архитектура современных ПК основана на магист-рально-модульном принципе организации обмена информации. В соответствии с этим принципом цен- тральные устройства компьютера взаимодействуют между собой (обмениваются информацией) и с периферийными устройствами через системную магистраль.Системная магистраль предназначена для переда -чи данных, адресов и команд управления. Централь- ные устройства подсоединены к шине непосредстве- нно, а периферийные – через устройства сопряже -ния (контроллеры или адаптеры). УПРОЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПК Представим в начале упрощенно структурную схему ПК в соответствии с изложенным принципом. Магистраль (общая шина) процессор Оперативная память Дисплей УВВ ЦПУ ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ структурная схема микро ЭВМ Полная структурная схема ПК будет выглядеть сложнее и рассмотрена несколько позднее, но все её компоненты соответствуют названным здесь. Такой принцип построения ЭВМ был предложен на фирме IBM США под названием принцип откры- той архитектуры и явился революционным по сравнению со схемой Фон Неймана. Этот принцип позволяет неограниченно совершенствовать и раз- вивать не зависимо от любой из компонентов об- щую компановку ЭВМ. Это привлекло к активной деятельности по созданию различных внешних устройств и компонентов ЭВМ много других фирм и обеспечило победу фирме IBM в мировой гонке за обладание рынком сбыта компьютеров. Первые ПК типа Altair-8800 появились в 1965 г. в США , были созданы Э. Робертсом на фирме IBM, на базе микропроцессора Intel 8080. Для этой ПЭВМ Билл Гейтс и Пол Аллен написали транслятор с популярного языка Basic, чем расширили его инте- ллектуальность; фирма IBM рассылала ПК по почте за 397 $, затем был создан цветной монитор и популярность ПК типа Z-2 c цветным монитором ещё более возрастает. В США три конкурирующие фирмы начинают выпускать ПК разных типов, но уже в 1981г. Фирма IBM, выпускает и массово производит IBM PC/XT/AT и становится лидером. Билл Гейтс и Пол Аллен основали свою фирму Microsoft Inc, выпускающую программные продукты для ПК IBM. Устройство персонального компьютера IBM PC Основные блоки: 1. системный блок, 2. клавиатура, 3. монитор (дисплей).В системном блоке расположены все основные компоненты компьютера:1.1. Электронные схемы, управляющие работой компьютера (процессор, оперативная память (ОП), контроллеры ВУ подключаемых к общей шине, блок питания, генератор тактовых импуль сов, таймер и др. Все электронные схемы размещены на материнской плате. Кроме того в системном блоке размещены и некоторые ВУ. 1.2. Блок питания, преобразующий напряжение сети ~ 220В в уровни напряжения и род тока, необходи- мые для работы соответствующих устройств, тактовый генератор управляющих импульсов, таймер. 1.3. Накопитель на гибких магнитных дисках (ГМД или FDD - floppi disc drive) или диск А,(иногда и В). 1.4. Накопитель на жёстком магнитном диске (винчестер или HDD-hard disc drive) или диск С. 1.5. Накопитель на оптических компакт-дисках (CD-ROM, Compact Disc ROM) или диск D. 1.6. Видеокарта. Звуковая карта. Модем. 1.7. Порты для подключения ВУ. 1.8. Другие устройства, обеспечивающие работу ПК (будут рассмотрены на отдельной лекции). 2. КлавиатураПредназначена для ручного ввода числовой, тексто - вой и управляющей информации в ПК. Она содер- жит101 или 104 клавиши, на которых нанесены буквы латинского и русского алфавита, математические, графические и специальные служебные знаки, знаки препинания, наименования некоторых команд и функций. Все клавиши можно разбить на группы: верхний ряд - функциональные клавиши, центральная часть - буквенно-цифровые клавиши, левая и правая сторона от буквенно-цифровых - командные клавиши, правая сторона – малая цифровая клавиатура, центральная часть – управление курсором, страни- цей, регистрами.Комбинации клавишь c Ctrl,Alt– «быстрые клавиши». Характеристики наиболее распространённых клавиатур ввод информации осуществляется длительное времяНа современных ПК 100 млн.Более 100 млн. МеханическиеСенсорные интенсивный ввод текстовой информации - (ВЦ) 50 млн. Полумеха-нические практически бесшум- ная - для обычного пользователя 20 млн. мембранная Преимущества, применение Наработка на от- каз (нажатий для каждой клавиши) Тип клавиату-ры 3. монитор (дисплей)Это устройство, предназначенное для отоб- ражения на экране электронно-лучевой труб- ки или жидкокристаллическом, светодиодном и др. текстовой и графической информации. Размер экрана по диагонали: 14,17, 19 и бо- лее дюймов, частота смены кадров 70.. 80 Гц, частота строчной развёртки 40..50 Гц. Мониторы как правило цветные. Они могут работать в одном из режимов: текстовый и графический. В текстовом режиме экран разбивается на отдельные участки - знакоместа, всего 25 строк, по 80 симво- лов. В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов. Символы формируются знакогенератором в коде ASCII. В их числе: большие и маленькие, латинские буквы, арабские цифры, символы математических операций, а также псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц, диаг- рамм, построения рамок и т.д. В число символов вхо- дят и символы кирилицы. Каждому знакоместу может соответствовать свой цвет символа и экрана. Символ формируется из точек. Величина точки соот -ветствует величине зерна (dot pitch) люминофора экрана монитора. Чем меньше зерно, тем выше чёт- кость и меньше устаёт глаз. Величине зерна находи- тся в пределах 0,41..0,18 мм. У последних моделей мониторов VGAзерно не превышает 0,22 мм. Это особенно важно при работе в графическом режиме. Графический режим предназначен для вывода на экран графиков и рисунков в сочетании с текстовой информацией. В графическом режиме экран мони- тора состоит из отдельных мозаичных элементов – пикселей (pixsel – picture element), количество кото- рых в разных типах мониторов разное, например, в первом типе CD их 640 х 200, т.е. 640 пикселей (то- чек) по горизонтали и 200 по вертикали, а в послед- нем типе VGA их 1024 х 768. Количество пикселей характеризует разрешающую способность монитора. Например, у 14 дюймового экрана ширина265 мм, тогда для получения разрешающей способности 1024 точки по горизонтали размер зерна не должен превышать 265/1024=0,22 мм, иначе пиксели сливаются и ничего не будет видно. На следующем слайде представлен вариант одной из последних моделей ПК в минимальном наборе. Взаимосвязь размера экрана, размера зерна и разрешения экрана 0.22 0.25 0.31 0.40 0.50 21 0.19 0.22 0.27 0.34 0.43 17 0.16 0.18 0.22 0.28 0.35 14 1600х1200 1280х1024 1024х768 800х600 640х480 Разрешение, pic (пикселей) РазмерЭкрана,дюймов Жидкокристалли-ческий дисплей Системный блок клавиатура Отдельные компоненты (контроллеры, память) для ПК IBM и процессоры по микроэлектронным техно -логиям выпускает фирма INTEL. Эти три кита двига- ют вперёд всё компьютерное производство в мире с огромной скоростью, вовлекая в этот процесс другие фирмы Японии, Южной Кореи, Тайваня и Китая, про- изводящие в основном различные внешние (перифе- рийные) устройства: дисководы,мониторы, принтеры, сканеры, графопостроители, модемы, мульти-медиа, домашний кинотеатр и т.п. В России после многих лет упадка в г. Зеленограде (под Москвой, бывший закрытый городок – ныне открытая экономическая зона –ТЕХНОЦЕНТР) начато производство жидко- кристаллических дисплеев. На презентации сообщалось, что они будут в 2 раза дешевле импортных, что весьма приятно. Теперь представим более подробно структурную схему ПК IBM и несколько подробнее рассмотрим характеристики выше названных компонентов (внутренних и внешних). Структурная схема ПК Устройства компьютера целесообразно характеризовать следующими признаками:класс устройств (название), назначение, принципы работы, основные технические характеристики (потребительские свойства), программная поддержка. Структурная схема IBM PC Системный блок компьютера Системная (материнская) плата Процессор Оперативная память Сопроцессор Контроллер Принтер Монитор Клавиатура Другие внеш- ние устройства контроллер контроллер Дисководы A,C,D внешней памяти (FDD, HDD, CD -ROM) Контроллеры дисков Системная шина: до 800МГц контроллер Другие устр-ва:видео, звуковая карты, модем.... порты БП ГТИ ,Таймер ЛЕКЦИЯ №5Продолжение темы устройство ПКУстройство процессораОсновные элементы процессора ПК:шины адресов и шины данных;арифметико-логическое устройство;регистры;кэш (быстрая память небольшого объема 8-512 Кбайт);счетчики команд;математический сопроцессор.Более подробно рассмотрим некоторые узлы ПРОЦЕССОР (МП) - предназначен для выполнения арифметических и логических операций над инфор- мацией, а так же для управления последовательно- стью выполнения команд и работой всех блоков компьютера.В состав МП входят: устройство управления (УУ) – формирует и подаёт во все блоки ЭВМ в нужные моменты времени управ- ляющие сигналы, обусловленные спецификой выпо- лняемой операции и предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией и передаёт эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов УУ получает от генератора тактовых импульсов (ГТИ). арифметическо - логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций над операндами: сложение, вычитание, умножение, деление, сдвиг информации, порядковые, логические, операции и т.д. АЛУ может выполнять операции над числами, представленными в форме с фиксированной запятой (точкой) - 4,65 или в форме с плавающей запятой .465 Е-2 или (0.465·10-2), а так же оперировать с буквенно-цифро -выми данными переменной длины (имена констант и переменных, STUD 2, IVANOV, ЭМ-56). Для ускорения выполнения операций подключается математический сопроцессор. Микропроцессорная память (МПП) – служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы ЭВМ. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высоко- го быстродействия ЭВМ. Регистры- быстродейству- ющие ячейки памяти различной длины. Они отли- чаются от ОП, имеющей стандартную длину ячейки в 1 байт и меньшее быстродействие. Интерфейсная система МП - реализует сопряже-ние и связь с другими устройствами ЭВМ; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода/вывода (ВВ) и системной шиной. шд Буфер адреса ша АЛУ УстройствоУправления Буфер данных буфер СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МИКРОПРОЦЕССОРА МПП и интерфейсная система Входы команд Регистры (микропро-цессорная память на регистрах) от ГТИ от клавиат. сопроцессор от др. уст-в Основные характеристики некоторых процессоров 15-18 0,2 до 3000до 2000 32 32 2003 2004 Pentium4АМД 9,5 0,25 500..800 32 1999 Pentium3 7,5 0,25 300 32 1998 Celeron 5,5 0,6 150 32 1995 Pentium Pro 3,1 0,8 60 32 1993 P5 0,029 3,0 5 16 1978 8086 Кол-во транзи-сторов, млн. шт Техноло-гия изго- товления, мкм Тактовая частота, МГц Разряд-ность, бит Дата появле-ния на рынке Тип процес-сора процессор ИТАК в устройстве персонального компьютера за вычисления и обработку всей информации отвечает ЦПУ(CPU) - центральное процессорное устройство.Производителями процессоров для ПК, являются INTEL и AMD, развивающие и внедряющие новые технологии и техпроцессы. Фирма VIA Tehnologies производит процессоры для бюджетных и менее производительных систем. Процессор- итог Процессоры являются сложными и высокотехнологичными изделиями, в которых количество элементов(транзисторов) насчитывается уже более миллиарда. В настоящее время процессоры выпускаются в основном 64-битные и многоядерные . Разрядность процессора показывает, сколько бит обработает процессор за один раз (за один такт). В основе работы процессора лежит тактовый принцип. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в чипсет, расположенный на материнской плате. процессор Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. Но не только тактовая частота влияет на производительность, влияет так же размер кеш-памяти и количество ядер процессора, а также чипсет расположенный на материнской плате. процессор Многоядерными процессорами являются – процессоры, у которых два и более ядер, находятся в одном корпусе, в результате чего обработка информации ведется в несколько потоков, что в конечном итоге влияет на производительность.На сегодняшний день в продаже уже имеются восьми-, шести-, четырёх-, двух- и одноядерные процессоры от AMD, а также шести-, четырёх-, двух-, одноядерные от INTEL.Но для сегодняшних программ и нужд домашнего геймера вполне достаточно двух- или четырёхъядерного процессора, работающего на высокой частоте. процессор Конец темы Самостоятельная работа Взять прайс-листы в нескольких крупных торговых фирмах и составить таблицу современных МП, ДИСКОВОДЫ HDD, FDD, CD-ROM, Слот памяти, МОНИТОРы, ТИП ОБЩЕЙ ШИНЫ, ТИП МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ, принтеры.Эти таблички поместить в записке РГР и файле на диске. Интерфейс (iterface)- совокупность средств сопря -жения и связи, устройств ЭВМ (аппаратная и программная), обеспечивающая их эффективное функционирование. Генератор тактовых импульсов (ГТИ) генерирует последовательность электрических импульсов прямоугольной формы и малой длины, частота их определяет тактовую частоту работы ЭВМ в МГц. Промежуток времени между двумя соседними импульсами называют тактом работы ЭВМ.Таймер это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматиче- ский съём текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, сек.). Таймер подключается к автономному источнику питания (аккумулятору) и работает непрерывно. Системная шина (СШ). Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. СШ включа- ет в себя:Кодовую шину данных (ШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машин. слова) операнда,Кодовую шину адреса (ША), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода адреса ячейки ОП или порта ввода/вывода внешнего устройства,Кодовую шину инструкций (ШИ), содержащую прово- да и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов) во все блоки ЭВМ,Шину питания содержащую провода и схемы сопря- жения для подключения блоков ПК к блоку питания. СШ обеспечивает три направления передачи инфор- мации внутри ПК со скоростью до 800 МГц:Между микропроцессором и основной памятью, Между микропроцессором (МП) и портами ВВ ВУ,Между ОП и портами ВВ ВУ (в режиме прямого доступа к памяти, который организуется програм- мным путём).Все внешние устройства подключаются к общей ши -не через адаптеры (контроллеры) и унифицирован- ные разъёмы для каждого типа устройства. Управ-ление СШ осуществляется МП через контроллер шины. Контроллер это специальная микросхема, выполняющая функции приёма и преобразования кодов. Обмен информацией между СШ и ВУ осуще- ствляется в кодах ASCII, таблицы которых приве- дены в учебниках. Основная (оперативная) память (ОП)- предназна-чена для хранения и обмена информацией с другими блоками ЭВМ. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). ПЗУ служит для хранения постоянной програ- ммной и справочной информации, позволяет опера-тивно только считывать хранящуюся в нём информа- цию. ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информа- ционно-вычислительном процессе, выполняемом ЭВМ в текущий период времени. ОП обладает высо- ким быстродействием с возможностью доступа к любой ячейке памяти, но информация в ней теряется при исчезновении электропитания ЭВМ. Ёмкость оперативной памяти измеряется в мегабайтах (Мбайт), реже в килобайтах (Кбайт). 1 Мбайт = 1024 Кбайта = 10242 байт. Многие современные прикладные программы при оперативной памяти ёмкостью меньше 8 Мбайт просто не работают либо работают, но очень медленно. Поэтому надо иметь ОП не менее 256 Мбайт.Увеличение ёмкости ОП в 2 раза, помимо всего проче- го, дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении сложных задач примерно в 1,7 раза. Наиболее распространённые типы ОП в настоящее время: SDRAM, DIMM 128 и 256 Мb, DDR SDRAM, DIMM от 256...512 Мb и 1 Гb, SO-DIMM DDR 256 Mb,DDR2 SDRAM, DIMM от 256 Мb и 512 Мb.КЭШ-память — это буферная, не доступная для пользо- вателя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для уско- рения операций с инфор мацией, хранящейся в бо- лее медленно действующих запоминающих устрой- ствах. Например, для ускорения операций с основной памя- тью организуется регистровая КЭШ-память внутри микропроцессора (КЭШ-память первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (КЭШ-память второго уровня); для ускорения операций с дисковой памятью организуется КЭШ-память на ячейках электронной памяти (более современно.)Следует иметь в виду, что наличие КЭШ-памяти ёмкостью 256 Кбайт увеличивает производитель -ность ПК примерно на 20%. В МП Pentium Pro КЭШ-память ёмкостью 256-512 Кбайт находится в самом микропроцессоре, что значительно снижает время обращения и повышает производительность. Hewlett Packard DC890B Оперативная память Пример конструктивного выполнения ОП Слот памяти(печатная плата)

Приложенные файлы

  • ppt 23904843
    Размер файла: 344 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий