10.09.13

Структура компьютера

Структура компьютера - это совокупность его функциональных элементов и связей между ними.

Элементами могут быть самые различные устройства от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура пк графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание пк на любом уровне детализации.

Команды

Команда-это описание элементарной операции, которую должен выполнить пк.

Команда содержит следующую информацию:

• код выполняемой операции

• указание по определению операндов

• указание по определение получаемого результата

Команды хранятся в ячейках памяти в двоичном коде.

• Длинна команды

• Переменная

• От 2 до 4 байтов

А способы указания адресов весьма разнообразны

Виды команд:

• одно адресная команда

• двух адресная команда

• трех адресная команда

Процесс выполнения команд:

1. из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, выбирается очередная команда, содержимое счетчика команд увеличивается на длину команд.

2. выбранная команда передается в устройство управления на регистр команд

3. устройство управления расшифровывает адресное поле команд

4. по сигналам УУ операнды считаются из памяти и записываются в АЛУ на специальный регистр операндов

5. УУ расшифровывают код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответствующую операцию над данными

6. результат операции либо остается в процессоре либо отправляется в память, если к в клсанде был указан адрес результата

7. все предыдущие этапы повторяются до достижению команды стоп.

17.09.13.

Аппаратные платформы. Кроссплатформенное программное обеспечение.

Кроссплатформенное ПО- это ПО работающее более чем на одной аппаратной платформе и ОС.

пример:

ПО предназначен для одновременной работы на одной аппаратной платформе и ОС(windows,Linux).

Кроссплатформенные языки программирования к ним относятся большинство высокоуровневых языков программирования(С++,С,Pascal).

Не менее важны для кроссплатформенных стандартизированные библиотеки времени выполнения(библиотека языка C).

Среда исполнения

Компания IBM сделала свой пк совместимым с CSR/R это позволило запускать на нем уже имеющиеся программы(скрипты)

Среда исполнения JAVA,NET также кроссплатформенным, на их вход подается не исходный текст а промежуточный код, поэтому программы написанные на JAVA и С++ можно запускать под разными ОС без предварительной компиляцией.

Кроссплатформенный пользовательский интерфейс

На разных ОС независимо от того, как технически достигнута работа в них стандартные элемент интерфейса имеют разные размеры, поэтому жесткое позиционирование элементов интерфейса невозможно(под другой ОС они могут налезать друг на друга.

Чтобы этого избежать существует несколько подходов:

• единый стиль общий для всех ОС.

программа выглядит одинаково под всеми ОС.

• само адаптирующиеся интерфейс.

подстраивающий сетку под реальные размеры элементов управления.

• гибридный подход.

Прикладные программы

Большое количество прикладных программ так же являются кроссплатформенными, особенно это качество выражено у программ изначально разработанных для UNIX подобных ОС.

Важным условием их переносимости на другие платформы, является совместимость платформ с рекомендациями POSIX а также существование компилятора GCC для платформы на которую осуществляется перенос.

Современные ОС

Современные ОС так же часто являются кроссплатформенными(ОС с открытым исходным кодом LINEX,NET) могут работать на различных платформах(x86, power PS, AMD 64,Microsoft windows).

Windows Может работать как на платформе INTEL 86 так и на INTEL ITANIUM.

ОС NET является самой переносимой она парирована на большинство существующих платформ.

Эмуляция

Если программа не предназначена для исполнения на определенной платфомы, но для этой платФормы существует эмулятор, платформы базовой для данной программы, то программа должна быть исполнена в среде эмуляторов.

Аппаратная платформа пк-это низкий уровень образованные микро архитектурой, микропрограммой управления ядром процессора

и архитектурой набором команд на аппаратной базе конкретных микросхем процессора, чипсета и других физических компонентов, которые в совокупности составляют аппаратную модель вычислительной системы.

Предназначено для:

• запуска определенных семейств программных продуктов

Конкретно Аппаратные платформы отличаются друг от друга совокупностью аппаратуры, а так же разработанными программными компонентами.

Одной из наиболее распространённой офисных платформ и персональных пк является:

• IBM PC

• Apple

• IA-32

Разработанная фирмой INTEL на пк, серверах, ноутбуках выпускается с 1985

• X86-64

Фирма IMD на пк, серверах, ноудбуков выпускается с 2003

• Spark

Ноутбуки, сервера с 1994

• Amiga power pc 32 и 64

Выпускается с 2002

Архитектура вычислительных систем сосредоточенной обработки информации.

Современный пк состоит из нескольких функциональных узлов:

1. Процессор

2. Память

3. контроллеры устройств

Каждый узел представляет собой сложное электронное устройство в состав которого могут входить миллионы логических элементов.

Для улучшения понимания принципы работы пк в целом вводится понятия уровней представления пк.

• цифровой логический уровень

Уровень логических схем базовой системы элементов

• микро архитектурный уровень

Уровень организации обработки информации внутри функционального узла, сюда относятся( регистры различного назначения, устройства обработки поступающих команд устройство преобразования данных, устройство управления

• командный уровень

Набор функциональных узлов и связей между ними, система команд и данных передаваемых между устройствами.

Набор блоков, связей между ними, типов данных и операций каждого уровня называется архитектурой уровня

Архитектура командного уровня называется обычно компьютерной архитектурой или компьютерной организацией

24.09.13.

Архитектура с фиксированным набором устройиств.

Компьюрами со сосредоточенной обработкой называется такие вычислительные системы у которых одно или несколько обрабатывающих устройств расположены компактно и используют для обмена информацией внутренние шины передачи данных.

Компьютеры 1 и2 поколения имели архитектуру закрытого типа с ограниченным набором внешнего оборудования.

В таких ПК оперативная память хранит команды и данные исполняемых программ.

АЛУ – обеспечивет не только числовую обработку, но и участвует в процессе ввода и выводаинформации осуществляя её занесение в оперативную память.

Канал ввода – вывода представляет собой специализированное устройство работающее по командам подаваемым устройствам управления.

Канал допускает подключение определённого числа внешних устройств.

УУ – обеспечивает выполнение всех команд и управляет всеми узлами системы.

ПК такой архитектуры эффективны при ришении чисто вычислительных задач. Они плохо приспособлены для реализации компьютерных технологий требующих подключения дополнительных внешних устройств и высокой скорости обмена информацией.

Вычисительные системы с открытой архитектурой.

В начале 70-х годов 20 века фирмой DEC был предложен компьютер совершенно иной архитектуры. Эта архитектура позволяла свободно подключать любые периферийные устройства что сразу заинтересовало разработчиков систем управления различными техническими системами, так как обеспечивала свободное подключение к компьютеру любого числа датчиков и исполнительных механизмов.

Главным нововведением являлось подключение всех устройств независимо от их назначения к общей шине передачи информации.

Подключение устройств к шине осуществлялось в соответствии со стандартом шины.

Стандарт шины является свободно распространяемым документом, что позволяло фирмам производителя периферийного оборудования разрабатыватьконтроллер для подключения своих устройств к шинам различных стандартов.

Общее управление всей системой осуществляет ЦП. Он управляет общей шиной выделяя время другим устройствам для обмена информацией.

ЗУ- хранит исполняемые программы и данные согласно уровням своим сигналов с уровнями сигналов самой шины.

Контроллер – согласовывает сигналы устройства с сигналами шины и осуществляет управление устройством по командам поступающих от ИП.

Контроллер подключается к шине с помощию портов ввода-вывода. Каждый порт имеет свой номер и обращение к нему процессора происходит по этому номеру.

Эта архитектура с общей шиной имеет серьёзный недостаток который проявлялся при повышении производительности внешних устройств и возраствний потоков обмена информацией между ними.

Архитектуры многопроцессорных вычислительных систем.

ПК позволяют реализовывать многие компьютерные технологии начиная с работы в интернете до построения анимационных трёхмерных сцен.

Для решения достаточно сложных задач применяются ПК с более высоким быстродействием. Для получения высокого быстродействия используются архитектуры в которых процесс обработки распараллеливается и выполняется одновременно на нескольких обрабатывающих устройств.

Существует 3 основных подхода к построению архитектур таких компьютеров:

1. Многопроцессорные

2. Магистральные

3. Матричные

В Матричной вычислительной системе процессоры объединяются в матрицу процессорных элементов. В качестве процессорных элементов могут использоваться универсальные процессоры, имеющие собственное УУ или вычислители содержащие только АЛУ и выполняющие команда внешнего УУ.

Каждый процессорный элемент снабжён локальной памятью, который хранит обрабатываемые процессором данные, но при необходимости он может производить обмен со своими соседними или с общим ЗУ.

Функциональная организация ПК.

ЦП – это функциональнозаконченное програмноуправляемое устройство обработки информации, выполняемое на одной или нескольких СБИС.

В современных ПК разных фирм применяются процессоры двух основных архитектур:

1. Система команд пиременной длинны ЦИСЦ

2. Сокращённый набор команд фиксированной длинны РИСЦ.

Внутренние шины преачи информации.

Общая шина на ряду с ЦП или ЗУ вомногом определяет производительность работы ПК, так как обеспечивает обмен информацией между функциональными узлами.

01.10.13.

Схемы архитектур.

Устройства ввода - вывода

Команда ввода/вывода

АЛУ и регистры ввода-вывода

Устройство управления

Буферные регистры

Оперативная память

Архитектура открытого типа.

ЦП

Запоминающее устройство

Устройство отображения

Клавиатура

Другие устройства

Контроллер

Контроллер

Контроллер

Общая шина

Архитектура Пк с общей и локальной шиной.

Цп

Запоминающее устройство

Устройство

отображения

Клавиатура

Другие устройства

Контроллер шины

Контроллер

Контроллер

Контроллер

Контроллер

Устройство

Общая шина

Локальная шина

Структура ПК.

ЦП

Центральный контроллер

Видео контроллер

Другие устройства

Контроллер

Функциональный контроллер

Запоминающее устройство

локальная локальная

шина шина

Общая шина

Выходы контроллеров для подключаемых

стандартных внешних устройств

Архитектура CISC процессора.

Счетчик команд

Регистры общего назначения

АЛУ

Управление и синхронизация

Контроллер шины

Буфер команд

Дешифратор команд

Управление выборкой очередной микрокомпеляции

ПЗУ микрокоманд

Внутренняя шина

шина шина шина

данных адреса управления

01.10.13.

Общая шина делится на 3 отдельные шины по типу передаваемой информации:

1. Шина адреса

2. Шина данных

3. Шина управления

Каждая шина характеризуется числом параллельных проводников для передачи информации.

Второй важный параметр шины это тактовая частота шины (это частота на которой работает контроллер шины при формировании цикла передачи данных.)

Примеры основных характеристик общих и локальных шин применяемый в Пк компании IBM:

1. Общая шина PCI - применяется в настольных компьютерах, тактовая частота контроллера этой шины 66,100,133Мгц. Ширина шины адреса 32, а шины данных 64 разряда, пиковая пропускная способность шины PCI 2.1 - 528 мегабайт в секунду.

2. Общая шина PCMCIA - применяется в переносных компьютерах класса ноутбук и имеет параметры шины PCI.

3. Локальная шина для подключения видеоконтроллера AGP - позволяет организовать непосредственную связь видеоконтроллера и ОЗУ. Она ориентирована на массовую передачу видео данных. Имеет конвейерную организацию выполнение операций чтение записи что позволяет избежать задержек при обращении к модулям памяти. За один такт работы может передавать 2,4, или 8 блоков данных в зависимости от установленного режима работы. К примеру параллельная передачи 8 блоков обеспечивает максимальную скорость передачи 2112 мегабайт в секунду.

Вторым важным узлом Пк является ОЗУ. ОЗУ позволяет считывать информацию из ячейки обращаясь к ней по её номеру или адресу.

Ячейка памяти имеет стандартное число двоичных разрядов (стандартный размер ячейки равен 1 байту). Информация в ОЗУ сохраняется всё время пока на схему подаётся питание.

08.10.13.