Раздел I. Технические средства информатики.

Тема № 1. Аппаратные средства ЭВМ.

1. 1. Состав и особенности основных устройств.

В персональном компьютере (ПЭВМ) можно выделить центральный (системный) блок и периферию. Основными устройствами, находящимися в центральном блоке являются:

1. системная (материнская) плата;

2. системная шина (системная магистраль данных);

3. центральный процессор (ЦП);

4. внутренняя память.

Материнская плата – это основная плата ПЭВМ, которая обеспечивает подключение и согласование всех компонентов компьютера.

Платами называют различные комбинации микросхем (звуковая плата, плата видеоадаптера и т.д.). Компоненты компьютера подключаются к материнской плате через разъёмы (внутренняя память, процессор), либо через специальные устройства сопряжения (адаптеры, контроллеры). Подобные устройства сопряжения называют интерфейсами. Интерфейс – программное или аппаратное средство связи между различными устройствами или программами.

Контроллер – это специализированный процессор, управляющий работой соответствующего внешнего устройства. ЦП при необходимости произвести обмен данными выдает задание на его осуществление контроллеру. Обмен информацией осуществляется под управлением контроллера без участия ЦП. Системная шина предназначена для передачи данных, адресов, команд, сигналов между различными компонентами компьютера. Она представляет собой группу электрических проводников и состоит из трех частей:

1. шина данных, по которой передается обрабатываемая информация;

2. шина адреса, определяющая, куда передаются данные;

3. шина команд (шина управления), регулирующая процесс обмена информации.

ЦП совершает все арифметические и логические операции. Современные процессоры могут состоять из нескольких ядер, каждое из которых может работать как отдельный процессор. Кроме этого, он включает в себя специальный электронный блок (устройство управления), которое включает в работу другие устройства. Через ЦП проходит вся обрабатываемая информация.

Основными параметрами процессора являются:

1. рабочее напряжение (обеспечивает материнская плата);

2. рабочая тактовая частота (характеризует скорость выполнения электронных операций). Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, расположенных на материнской плате. Чем выше частота тактов, тем больше команд может исполнить процессор в единицу времени и тем выше его производительность.

3. коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты. Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая по физическим причинам не может работать с такими высокими частотами, как процессор. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение частоты на коэффициент. В разных процессорах этот коэффициент может быть различным (3; 3,5; 4; 4,5 и более).

4. разрядность – показывает, сколько бит данных может принять и обработать процессор за один такт. Такая разрядность определяется разрядностью шиной команд.

5. размер КЭШ-памяти. КЭШ-память предназначена для согласования высокой скорости работы с данными внутри процессора и в несколько раз меньше скорости обмена с оперативной памятью. Она может быть первого уровня (внутри процессора объёмом в десятки килобайт), второго уровня (может быть 512 Кб и более; обычно внутри процессора, иногда вне его, но в том же узле) и третьего уровня (объемом в несколько Мб вне процессора на материнской плате). Первые две работают на частоте процессора, а третья на частоте материнской платы. Наличие этой памяти существенно увеличивает производительность процессора и компьютера в целом.

(19.09.2012 г.)

6. система исполняемых команд. Система команд любого процессора обязательно содержит группы команд, обеспечивающих передачу данных (копирование данных из одного места в другое), сдвиги двоичного кода влево и вправо, анализ отдельных битов, ввод и вывод информации для обмена с внешними устройствами. Основными группами являются арифметические и логические группы. В настоящее время конкурируют два направления в построении системы команд.

CISC – процессор (комплекс инстракшн сет компьютер). Это процессоры с расширенным набором команд, которые используются в универсальных компьютерах.

RISC – процессор. Это процессоры с сокращенной системой команд, которые используются в специализированных компьютерах. Чем шире набор команд, тем сложнее архитектура процессора и длиннее формальная запись команд. Поэтому больше средняя продолжительность исполнения каждой команды, измеренная в тактах работы процессора. При архитектуре RISC – процессора количество команд меньше и выполняются они быстрее. Однако при этом выполнение сложных операций обеспечивается программно, что приводит к уменьшению общей производительности. Если такие операции выполняются редко, то в целом производительность процессора значительно выше, чем CISC – процессора.

Производительность процессора – это скорость выполнения операций (инструкций). Для измерения производительности используются различные единицы, чаще всего MIPS (миллион операций в секунду, вычисляется с помощью специальных тестов), FLOPS (количество операций с дробными числами в секунду, вычисляется с помощью специальных тестов), MTOPS (количество операций в секунду, вычисляемых теоретически). Чаще всего используют FLOPS.

Внутренняя память – состоит из нескольких устройств, каждое из которых представляет собой одну или несколько микросхем (chip). Комплект микросхем, спроектированный для совместной работы, называют чипсетом (chip-set). Элементарной единицей памяти является ячейка (регистр). Каждая ячейка состоит из последовательности элементов, каждый из которых может находиться в одном из двух состояний. Одно из этих состояний условно сопоставляется нулю, а другое единице. Размещение информации в ячейках называется записью информации из ячеек в какое-либо устройство или в другие ячейки называется считыванием информации из памяти.

Основными видами внутренней памяти является:

1. постоянная память (постоянное запоминающее устройство ПЗУ);

2. оперативная память (ОЗУ);

3. CMOS-память.

ПЗУ в современных компьютерах представляет собой флеш-память, которая допускает перезапись информации. В ПЗУ находятся программы, которые обеспечивают начало работы компьютера, связь процессора с другими устройствами и проверку работоспособности основных частей ЭВМ. Эти программы не уничтожаются при отключении компьютера, они предназначены только для чтения и объединены в комплекс (базовая система ввода-вывода: BIOS). Другие программы работают на основе программы BIOS. Основы BIOS составляют так называемые драйверы, т.е. программы, в каждой из которых описаны особенности управления компонентами и ресурсами системной платы.

ОЗУ (RAM-память с произвольным доступом). Предназначен для хранения оперативной, часто изменяющейся информации. Эта память используется процессором. Оперативная память это место всей деятельности компьютера и её объём имеет существенное значение (чем больше объём этой памяти, тем выше производительность компьютера в целом).

CMOS-память используется для постоянного хранения сведений об аппаратной конфигурации компьютера (состав и настройки внутренних и внешних устройств). Эта информация может быть отредактирована автоматически (операционной системой) или пользователем при помощи программы Setup из BIOS. Эта память совмещена с часами реального времени (таймер) и питается от батарейки, поэтому находящаяся в ней информация не уничтожается при отключении компьютера.

К периферийным (внешним) относятся устройства ввода и вывода информации, устройства внешней памяти и другие. К ввода (клавиатура, сканер, мышь-устройство координирующего ввода), к вывода (принтер, монитор, аудиоколонки. Эти устройства подключаются к компьютеру через специальные устройства – порты). На устройство внешней памяти можно записать и прочитать информацию. При отключении, информация на эти устройства сохраняется, поэтому их ещё называют долговременными запоминающими устройствами (ДЗУ).

(26.09.2012 г.)