Устройство Компа

Содержание

Слайд 2

Принципы устройства компьютеров А. Беркс, Г. Голдстайн и Дж. фон Нейман:

Принципы устройства компьютеров

А. Беркс, Г. Голдстайн и Дж. фон Нейман: «Предварительное

рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства» (1946)

состав основных компонентов вычислительной машины
принцип двоичного кодирования
принцип адресности памяти
принцип иерархической (многоуровневой) организации памяти
принцип хранимой программы
принцип программного управления

Слайд 3

Архитектура фон Неймана обрабатывает данные обеспечивает выполнение программы временное хранение данных

Архитектура фон Неймана

обрабатывает данные

обеспечивает выполнение программы

временное хранение данных во время обработки

долговременное

хранение данных
Слайд 4

Принцип двоичного кодирования Все данные хранятся в двоичном коде. проще устройства

Принцип двоичного кодирования

Все данные хранятся в двоичном коде.

проще устройства для

хранения и обработки данных

Троичная ЭВМ «Сетунь» (1959)

Слайд 5

Принцип адресности памяти оперативная память состоит из отдельных битов группы соседних

Принцип адресности памяти

оперативная память состоит из отдельных битов
группы соседних битов объединяется

в ячейки
каждая ячейка имеет свой адрес (номер)
нумерация ячеек начинается с нуля
за один раз можно прочитать или записать только целую ячейку
Слайд 6

Принцип адресности памяти Первые ЭВМ (I и II поколения) III и

Принцип адресности памяти

Первые ЭВМ (I и II поколения)

III и IV поколения

Размеры

ячеек у первых ЭВМ – 36, 48, 60 битов
сейчас – 8 битов
Слайд 7

Память с произвольным доступом RAM = Random Access Memory чтение данных

Память с произвольным доступом

RAM = Random Access Memory
чтение данных из ячеек

и запись в них в произвольном порядке
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (оперативная память)
ROM = Read Only Memory
ПЗУ – постоянное запоминающее устройство
содержит программное обеспечение для загрузки и тестирования компьютера
запись запрещена
Слайд 8

Что такое архитектура? Архитектура компьютера – это общие принципы построения конкретного

Что такое архитектура?

Архитектура компьютера – это общие принципы построения конкретного семейства

компьютеров (PDP, ЕС ЭВМ, Apple, IBM PC, …).

принципы построения системы команд и их кодирования
форматы данных и особенности их машинного представления
алгоритм выполнения команд программы
способы доступа к памяти и внешним устройствам
возможности изменения конфигурации оборудования

К архитектуре НЕ относятся особенности конкретного компьютера: набор микросхем, тип жёсткого диска, ёмкость памяти, тактовая частота и т.д.

Слайд 9

Особенности мобильных компьютеров процессор память аккумулятор контроллер дисплея SIM-карта (Subscriber Identification Module) Адаптер Bluetooth

Особенности мобильных компьютеров

процессор

память

аккумулятор

контроллер дисплея

SIM-карта (Subscriber Identification Module)

Адаптер Bluetooth

Слайд 10

Особенности мобильных устройств Требования: уменьшенные размеры и вес специальные функции (приём

Особенности мобильных устройств

Требования:
уменьшенные размеры и вес
специальные функции (приём и передача речи)
экономия

заряда аккумулятора
геолокация (GPS)
Слайд 11

Особенности мобильных устройств Архитектура ARM = Advanced RISC Machine – усовершенствованная

Особенности мобильных устройств

Архитектура ARM = Advanced RISC Machine – усовершенствованная RISC-машина

процессор

+ ОЗУ + модули беспроводной связи на одном кристалле
уменьшенное потребление энергии
экономичные («спящие») режимы
команды для цифровой обработки звука
Слайд 12

§ 31. Магистрально-модульная организация компьютера

§ 31. Магистрально-модульная организация компьютера

Слайд 13

Взаимодействие устройств Шина (или магистраль) – это группа линий связи для

Взаимодействие устройств

Шина (или магистраль) – это группа линий связи для обмена

данными между несколькими устройствами компьютера.
Слайд 14

Контроллеры Контроллер — это электронная схема для управления внешним устройством и простейшей предварительной обработки данных.

Контроллеры

Контроллер — это электронная схема для управления внешним устройством и простейшей

предварительной обработки данных.
Слайд 15

Архитектура современных компьютеров Магистрально-модульная архитектура: набор устройств (модулей) легко расширяется путём

Архитектура современных компьютеров

Магистрально-модульная архитектура: набор устройств (модулей) легко расширяется путём подключения

к шине (магистрали).

Принцип открытой архитектуры (IBM):
спецификация на шину (детальное описание всех параметров) опубликована
производители могут выпускать новые совместимые устройства
на материнской плате есть стандартные разъёмы
нужны драйвера (программы управления) для каждого устройства

Слайд 16

§ 32. Процессор

§ 32. Процессор

Слайд 17

Что такое процессор? Процессор – это устройство, предназначенное для автоматического считывания

Что такое процессор?

Процессор – это устройство, предназначенное для автоматического считывания команд

программы, их расшифровки и выполнения.

AЛУ = арифметико-логическое устройство, выполняет обработку данных
УУ = устройство управления, которое управляет выполнением программы и обеспечивает согласованную работу всех узлов компьютера

Слайд 18

АЛУ 2 регистра сумматор схема управления операциями Регистр состояния процессора –

АЛУ

2 регистра
сумматор
схема управления операциями

Регистр состояния процессора – биты устанавливаются по результату

R последней операции
бит Z (zero) – установлен, если R = 0
бит N (negative) – установлен, если R < 0
бит C (carry) – установлен, если произошел перенос

R ≤ 0: N or Z
R ≥ 0: not N

Слайд 19

Устройство управления извлечение из памяти очередной команды расшифровка команды, определение необходимых

Устройство управления

извлечение из памяти очередной команды
расшифровка команды, определение необходимых действий
определение адресов

ячеек памяти, где находятся исходные данные
занесение в АЛУ исходных данных
управление выполнением операции
сохранение результата


команда

генератор тактовых импульсов

Слайд 20

Основные характеристики процессора Тактовая частота — количество тактовых импульсов в секунду.

Основные характеристики процессора

Тактовая частота — количество тактовых импульсов в секунду.

1 ГГц

(гигагерц) = 1 млрд герц

Разрядность — это максимальное количество двоичных разрядов, которые процессор способен обработать за одну команду.

разрядность регистров
разрядность шины данных
разрядность шины адреса R

Величина адресного пространства 2R байтов

Слайд 21

Система команд процессора команды передачи (копирования) данных арифметические операции логические операции,

Система команд процессора

команды передачи (копирования) данных
арифметические операции
логические операции, например «НЕ», «И»,

«ИЛИ», «исключающее ИЛИ»
команды ввода и вывода
команды переходов (условного, безусловного)

Intel 8080 → Pentium III → Core i7

Слайд 22

§ 33. Память внутренняя или основная (для хранения программ и данных

§ 33. Память

внутренняя или основная (для хранения программ и данных

в момент решения задачи), ОЗУ и ПЗУ
внешняя или долговременная (… на длительный срок)
Слайд 23

Внутренняя память RAM = Random Access Memory, обращение к ячейкам в

Внутренняя память

RAM = Random Access Memory, обращение к ячейкам в любом

порядке.

ОЗУ = оперативное запоминающее устройство
на электронно-лучевых трубках
на магнитных сердечниках
сейчас:
на триггерах (статическая): регистры, кэш-память
на полупроводниковых конденсаторах (динамическая):
большая ёмкость
меньшая стоимость
меньшее быстродействие
потребляет больше электроэнергии

Слайд 24

Внутренняя память – ПЗУ ПЗУ = постоянное запоминающее устройство первые: информация

Внутренняя память – ПЗУ

ПЗУ = постоянное запоминающее устройство
первые: информация заносится только

на заводе
затем программируемые ПЗУ
затем перепрограммируемые ПЗУ (флэш-память)

Минимальный набор программ:
тестирование компьютера
программа начальной загрузки
программы для обмена данными с клавиатурой, монитором, принтером
В компьютерах IBM PC: BIOS = Basic Input/Output System

Слайд 25

Внешняя память Внешняя память — часть памяти компьютера, которая используется для

Внешняя память

Внешняя память — часть памяти компьютера, которая используется для долговременного

хранения программ и данных.

Устройства внешней памяти = накопители:
на магнитных дисках
на оптических дисках
флэш-память

контроллер

Слайд 26

Внешняя память данные располагается блоками (на дисках – сектора) блок данных

Внешняя память

данные располагается блоками (на дисках – сектора)
блок данных читается

и пишется как единое целое; работать с частью блока невозможно
прежде чем процессор сможет использовать программу или данные, их нужно загрузить из внешней памяти в ОЗУ
обменом данными управляют контроллеры
Слайд 27

Виды внешней памяти перфоленты, перфокарты магнитные ленты, магнитные диски

Виды внешней памяти

перфоленты, перфокарты
магнитные ленты, магнитные диски

Слайд 28

Виды внешней памяти оптические диски флэш-память

Виды внешней памяти

оптические диски
флэш-память

Слайд 29

Кэш-память Кэш-память — это память, ускоряющая работу другого (более медленного) типа

Кэш-память

Кэш-память — это память, ускоряющая работу другого (более медленного) типа памяти,

за счёт сохранения прочитанных данных на случай повторного обращения к ним. Не имеет собственных адресов ячеек!

Проблемы:
небольшой объём, быстро заполняется
при изменении данных в регистрах нужно обновлять кэш

Решаются контроллером кэш-памяти.

Слайд 30

Виртуальная память использование сред быстрой разработки программ (RAD) – увеличение размера

Виртуальная память

использование сред быстрой разработки программ (RAD) – увеличение размера программы
увеличение

объема обрабатываемых данных (до Тбайтов)
запуск нескольких программ одновременно

адресное пространство процессора

страницы виртуальной памяти

Слайд 31

Основные характеристики памяти Информационная ёмкость — это максимально возможный объём данных,

Основные характеристики памяти

Информационная ёмкость — это максимально возможный объём данных, который

может сохранить данное устройство памяти (Гбайт, Тбайт, …).

Для дисков – форматированная («полезная») ёмкость и неформатированная (+ место для служебной разметки)

Время доступа — интервал времени от момента посылки запроса информации до момента получения результата на шине данных.

ОЗУ – наносекунды(1 нс = 10–9 с)
жёсткие диски — миллисекунды (1 мс = 10–3 с).