Содержание
- 2. Вопросы лекции: Оперативная память Процессор Микросхема ПЗУ и система BIOS Энергонезависимая память CMOS Шинные интерфейсы материнской
- 3. Оперативная память Оперативная память (RAM — Random Access Memory) — это массив кристаллических ячеек, способных хранить
- 4. Оперативная память Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют
- 5. Оперативная память Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются: объем памяти и скорость передачи данных. Сегодня наиболее
- 6. Процессор Процессор — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Конструктивно процессор состоит из
- 7. Процессор Адресная шина. У процессоров семейства Pentium адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных
- 8. Процессор В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а
- 9. Процессор Совместимость процессоров. Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они полностью совместимы на программном
- 10. Процессор В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в обычных часах. Исполнение
- 11. Процессор Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например
- 12. Микросхема ПЗУ и система BIOS В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего —
- 13. Энергонезависимая память CMOS На материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии изготовления называемая CMOS. От
- 14. Шинные интерфейсы материнской платы Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют ее шины
- 15. Шинные интерфейсы материнской платы PCI. Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect — стандарт подключения внешних компонентов) был
- 16. Шинные интерфейсы материнской платы FSB. Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как
- 18. Скачать презентацию
Вопросы лекции:
Оперативная память
Процессор
Микросхема ПЗУ и система BIOS
Вопросы лекции:
Оперативная память
Процессор
Микросхема ПЗУ и система BIOS
Шинные интерфейсы материнской платы
Оперативная память
Оперативная память (RAM — Random Access Memory) — это
Оперативная память
Оперативная память (RAM — Random Access Memory) — это
Ячейки динамической памяти (DRAM) представляют собой микроконденсаторы, которые накапливают заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Недостатки: во-первых, как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно. Второй - связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство быстро рассеиваться в пространстве. Ее постоянно необходимо «подзаряжать», через несколько сотых долей секунды. В связи с этим, в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти. Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов ПК.
Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы — триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.
Оперативная память
Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера.
Оперативная память
Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера.
Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В современных процессорах предельный размер адреса обычно составляет 32 разряда, т.е. всего независимых адресов может быть 232. Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных.
В современных ПК возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 232 байт = 4 Гбайт. Однако это отнюдь не означает, что именно столько оперативной памяти непременно должно быть в компьютере. Предельный размер поля оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно не может превосходить нескольких Гбайт. Минимальный объем памяти определяется требованиями операционной системы и для современных компьютеров составляет 512 Мбайт.
Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти устанавливают в соответствующие разъемы на материнской плате. Наиболее распространены модули типа DDR SDRAM (DDR DIMM), обеспечивающие более быстрый доступ к памяти. Модули типа RDRAM (RIММ-модули) применяются на некоторых компьютерах с процессором Pentium 4, но стоят заметно дороже и поэтому менее распространены.
Оперативная память
Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются: объем памяти и скорость
Оперативная память
Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются: объем памяти и скорость
Иногда в качестве определяющей характеристики памяти используют время доступа. Оно измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс). Для современных модулей памяти это значение может составлять 5 нс, а для особо быстрой памяти, используемой в основном в видеокартах, — снижаться до 2-3 нс.
Процессор
Процессор — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все
Процессор
Процессор — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все
С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.
Процессор
Адресная шина. У процессоров семейства Pentium адресная шина 32-разрядная, то есть
Процессор
Адресная шина. У процессоров семейства Pentium адресная шина 32-разрядная, то есть
Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В современных персональных компьютерах шина данных, как правило, 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.
Шина команд. Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов. Самые простые команды укладываются в один байт, однако есть и такие, для которых нужно два, три и более байтов. В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная, хотя существуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.
Процессор
В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в
Процессор
В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в
Чем шире набор системных команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее формальная запись команды (в байтах), тем выше средняя продолжительность исполнения одной команды, измеренная в тактах работы процессора. Система команд процессоров семейства Pentium в настоящее время насчитывает более тысячи различных команд. Такие процессоры называют процессорами с расширенной системой команд — CISC-процессорами (CISC — Complex Instruction Set Computing).
Процессоры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC — Reduced Instruction Set Computing). При такой архитектуре количество команд в системе намного меньше и каждая из них выполняется намного быстрее. Программы, состоящие из простейших команд, выполняются этими процессорами много быстрее. Недостаток сокращенного набора команд состоит в том, что сложные операции приходится эмулировать далеко не эффективной последовательностью простейших команд сокращенного набора.
Процессор
Совместимость процессоров. Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они
Процессор
Совместимость процессоров. Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они
Модели процессоров компании Intel, AMD и некоторых других производителей относятся к семейству х86 и обладают совместимостью по принципу «сверху вниз». Принцип совместимости «сверху вниз» — это пример неполной совместимости, когда каждый новый процессор «понимает» все команды своих предшественников, но не наоборот.
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры х86 были 16-разрядными. Начиная с процессора 80386 они имеют 32-разрядную архитектуру. Современные процессоры семейства Intel Pentium остаются 32-разрядными, хотя и работают с 64-разрядной шиной данных (разрядность процессора определяется не разрядностью шины данных, а разрядностью командной шины). Сегодня 64-разрядные процессоры уже устанавливаются на персональные компьютеры.
Процессор
В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и
Процессор
В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и
В ПК тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. Сегодня рабочие частоты процессоров уже превосходят 3 миллиарда тактов в секунду (3 ГГц).
Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы. По чисто физическим причинам материнская плата не может работать со столь высокими частотами, как процессор. Сегодня базовая частота материнской платы составляет 100-200 МГц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение частоты. Коэффициент внутреннего умножения в современных процессорах может достигать 10-20 и выше.
Процессор
Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен
Процессор
Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен
Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.
Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.
Микросхема ПЗУ и система BIOS
В момент включения компьютера в его
Микросхема ПЗУ и система BIOS
В момент включения компьютера в его
Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» — их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.
Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS — Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.
Энергонезависимая память CMOS
На материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии
Энергонезависимая память CMOS
На материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии
В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.
Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.
Шинные интерфейсы материнской платы
Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами
Шинные интерфейсы материнской платы
Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами
ISA (Industry Standard Architecture). Шина не только позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты). Пропускная способность шины составляет до 5,5 Мбайт/с. Шина используется в некоторых компьютерах для подключения сравнительно «медленных» внешних устройств, например звуковых карт и модемов.
VLB - локальная шина стандарта VESA (VESA Local Bus). Локальная шина, имеющая повышенную частоту, связала между собой процессор и память в обход основной шины. Впоследствии в эту шину «врезали» интерфейс для подключения видеоадаптера, который тоже требует повышенной пропускной способности, — так появился стандарт VLB, который позволил поднять тактовую частоту локальной шины до 50 МГц и обеспечил пиковую пропускную способность до 130 Мбайт/с.
Основным недостатком интерфейса VLB стало то, что предельная частота локальной шины и, соответственно, ее пропускная способность зависят от числа устройств, подключенных к шине.
Шинные интерфейсы материнской платы
PCI. Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect — стандарт
Шинные интерфейсы материнской платы
PCI. Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect — стандарт
Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с. Последние версии интерфейса поддерживают частоту до 66 МГц и обеспечивают производительность 264 Мбайт/с для 32-разрядных данных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных.
Важным нововведением, реализованным этим стандартом, стала поддержка так называемого режима plug-and-play (стандарт на самоустанавливающиеся устройства). После физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит обмен данными между устройством и материнской платой, в результате чего устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти.
С появлением интерфейса PCI и с оформлением стандарта plug-and-play появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью автоматических программных средств — эти функции во многом были возложены на операционную систему.
Шинные интерфейсы материнской платы
FSB. Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе
Шинные интерфейсы материнской платы
FSB. Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе
AGP. Видеоадаптер — устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Как при внедрении локальной шины VLB, так и при внедрении локальной шины PCI видеоадаптер всегда был первым устройством, «врезаемым» в новую шину. Когда параметры шины PCI перестали соответствовать требованиям видеоадаптеров, для них была разработана отдельная шина, получившая название A GP (Advanced Graphic Port — усовершенствованный графический порт). Частота этой шины соответствует частоте шины PCI (33 МГц или 66 МГц), но она имеет много более высокую пропускную способность за счет передачи нескольких сигналов за один такт. Число сигналов, передаваемых за один такт, указывается в виде множителя, например AGP4x (в этом режиме скорость передачи достигает 1066 Мбайт/с). Последняя версия шины AGP имеет кратность 8х.