2. Устройства эвм

Pentium 4 — одноядерный x86-совместимый микропроцессор компании Intel, ставший первым микропроцессором, в основе которого лежала принципиально новая по сравнению с предшественниками архитектура седьмого поколения (по классификации Intel) — NetBurst. Производство процессоров Pentium 4 было начато в 2000 году. С середины 2005 года началось их постепенное вытеснение в нижнюю ценовую категорию двухъядерными процессорами Pentium D. 27 июля 2006 года появились первые процессоры семейства Core 2 Duo, пришедшие на смену процессорам архитектуры NetBurst, а 8 августа 2007 года компания Intel объявила о начале действия программы по снятию с производства всех процессоров архитектуры NetBurst. Первые процессоры Pentium 4 были анонсированы компанией Intel 20 ноября 2000 года. В их основе лежало принципиально отличающееся от предшественников ядро — Willamette. Процессоры Pentium 4 использовали новую системную шину, позволявшую передавать данные с частотой, превышавшей базовую в четыре раза (англ. quad pumped bus). Таким образом, эффективная частота системной шины первых процессоров Pentium 4 составляла 400 МГц (физическая частота — 100 МГц).

Физическая структура микропроцессора достаточно сложна. Ядро процессора содержит главный управляющий и исполняющие модули — блоки выполнения операций над целочисленными данными. К локальным управляющим схемам относятся: блок плавающей запятой, модуль предсказания ветвлений, модуль преобразования CISC-инструкций во внутренний RISC-микрокод, регистры микропроцессорной памяти (в МП типа VLIW до 256 регистров), регистры кэш памяти 1-го уровня (отдельно для данных и инструкций), шинный интерфейс и многое другое.

В состав микропроцессора Pentium обычно входят следующие физические компоненты:

Core — ядро МП;

Execution Unit — исполняющий модуль;

Integer ALU — АЛУ для операций с целыми числами (с фиксированной запятой);

Registers — регистры;

Floating Point Unit — блок для работы с числами с плавающей запятой;

Primary Cache — кэш первого уровня, в том числе кэш данных (Data Cache) и кэш команд (Code Cache);

Instruction Decode and Prefetch Unit и Branch Predictor - блоки декодирования инструкций, опережающего их исполнения и предсказания ветвлений;

Bus Interface — интерфейсные шины, в том числе 64- и 32-битовая, и выход на системную шину к оперативной памяти.

Функционально МП можно разделить на две части:

операционную часть, содержащую устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ) и микропроцессорную память (МПП) (за исключением нескольких адресных регистров);

интерфейсную часть, содержащую адресные регистры МПП; блок регистров команд — регистры памяти для хранения кодов команд, выполняемых в ближайшие такты; схемы управления шиной и портами.

Обе части МП работают параллельно, причем интерфейсная часть опережает операционную, так что выборка очередной команды из памяти (ее запись в блок регистров команд и предварительный анализ) выполняется во время выполнения операционной частью предыдущей команды. Современные микропроцессоры имеют несколько групп регистров в интерфейсной части, работающих с различной степенью опережения, что позволяет выполнять операции в конвейерном режиме. Такая организация МП позволяет существенно повысить его эффективное быстродействие.

Устройство управления (УУ) является функционально наиболее сложным устройством ПК — оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций (КШИ) во все блоки машины. регистр команд — запоминающий регистр, в котором хранится код команды:

код выполняемой операции (КОП) и адреса операндов, участвующих в операции. Регистр команд расположен в интерфейсной части МП, в блоке регистров команд;

дешифратор операций — логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из множества имеющихся у него выходов;

постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микропрограмм хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК процедур обработки информации. Импульс по выбранному дешифратором операций в соответствии с кодом операции проводу считывает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов;

узел формирования адреса (находится в интерфейсной части МП) — устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд и регистров МПП;

кодовые шины данных, адреса и инструкций — часть внутренней интерфейсной шины микропроцессора.

Появление интегральных микросхем (ИМС) привело к существенному росту быстродействия процессора. Возникло существенное противоречие между высокой скоростью обработки информации внутри информации и медленной работой устройств ввода/вывода в большинстве схем содержащих механические движущиеся части.

Для решения этой проблемы возникла тенденция к освобождению центрального процессора от функций обмена и к передаче их специализированным электронным схемам управления работой внешних устройств. Такие схемы называются контроллер внешнего устройства (или просто контроллер).

Центральный процессор при необходимости произвести обмен выдает задание на его осуществление контроллеру. Дальнейший обмен информацией может протекать под руководством контроллера без участия центрального процессора, который получает возможность выполнять программу дальше.

Появление интегральных микросхем (ИМС) привело к существенному росту быстродействия процессора. Возникло существенное противоречие между высокой скоростью обработки информации внутри информации и медленной работой устройств ввода/вывода в большинстве схем содержащих механические движущиеся части.

Для решения этой проблемы возникла тенденция к освобождению центрального процессора от функций обмена и к передаче их специализированным электронным схемам управления работой внешних устройств. Такие схемы называются контроллер внешнего устройства (или просто контроллер).

Центральный процессор при необходимости произвести обмен выдает задание на его осуществление контроллеру. Дальнейший обмен информацией может протекать под руководством контроллера без участия центрального процессора, который получает возможность выполнять программу дальше.

Общая шина (магистраль) состоит из:

- шины данных, по которой передается информация;

- шины адреса, определяющая, куда передаются данные;

- шины управления, управляющая процессом обмена информацией.

Существуют модели ЭВМ, у которых ШД и ША объединены для экономии. У таких машин сначала на шину выставляется адрес, а затем через некоторое время данные, при этом сигнал по шине управления определяет что сейчас передается по шине.

Схему, построенную по шинной архитектуре, легко пополнять новыми устройствами — это свойство называют открытостью архитектуры.

Видеопамять — новый вид памяти, по сравнению с архитектурой Неймана, его появление связано с разработкой особого устройства вывода — дисплея. Для получения на экране монитора стабильной картинки ее надо где-то хранить. Для этого и нужна видеопамять.

При шинной архитектуре процессор перестал быть центром структуры, поэтому стало возможна передача данных из внешних устройств в ОЗУ и наоборот без участия процессора. Такой режим называется прямым доступом к памяти (ПДП). Для его реализации используются специальный контроллер (контроллер ПДП).

укажем несколько характерных тенденций в развитии. Во-первых, постоянно расширяется и совершенствуется набор внешних устройств, что приводит к усложнению системы связей между узлами ЭВМ. Во-вторых, вычислительные машины перестают быть однопроцессорными. Помимо центрального, в компьютере могут быть специализированные процессоры для вычисления с плавающей запятой (так называемые математические сопроцессоры), видеопроцессоры для ускорения вывода информации на экран дисплея и т.п. Развитие методов параллельных вычислений также вызывает к жизни вычислительные системы достаточно сложной структуры, в которых одна операция выполняется сразу несколькими процессорами. В-третьих, наметившееся стремление иметь быстродействующие машины не только для вычислений, но и для логического анализа информации, также может привести в ближайшие годы к серьезному пересмотру традиционной фон-неймановской архитектуры.

Еще одной особенностью развития современных ЭВМ является все ускоряющееся возрастание роли межкомпьютерных коммуникаций. Все большее количество компьютеров объединяются в сети и обрабатывают имеющуюся информацию совместно.

Таким образом, внутренняя структура вычислительной техники постоянно совершенствовалась и будет совершенствоваться. Вместе с тем, на данный момент подавляющее большинство существующих ЭВМ, несмотря на имеющиеся различия, по-прежнему состоит из одинаковых узлов и основано на общих принципах фон-неймановской архитектуры.

Мультимедиа -компьютерная система и технология, обеспечивающие возможность создания, хранения и воспроизведения разнородной информации, включая текст, звук и графику (в том числе движущееся изображение и анимацию). Важной характеристикой мультимедийных систем является высокое качество воспроизведения всех составляющих ее компонент данных, а также возможность их взаимосвязанного или взаимодополняющего использования. Например, сочетания видеоряда с текстом и звуковым сопровождением; звуковых фрагментов музыкального произведения с текстовыми данными об исполняющих его музыкантах и инструментах; изображения художественного произведения с музыкальным фоном и текстом и т.п. Обязательными составными частями минимального комплекта системы мультимедиа помимо ПК являются дисководы CD-ROM, или DVD звуковая карта и стереофоническая система.

Основные технические средства и решения в области построения мультимедийных систем:

Мультимедиа-процессор [multimedia processor] - Процессор, поддерживающий режимы мультимедиа.Предполагается, что мультимедийные процессоры смогут повысить качество воспроизведения динамичной графики и видео при существенном сокращении схемных элементов ПЭВМ, в том числе - микросхем и плат расширения.

AMCA (Apple Media Control Architecture) - 1. Архитектура систем управления носителями информации мультимедийных ПЭВМ фирмы Apple ; 2. Стандарт для систем мультимедиа, создаваемых на базе ПЭВМ Macintosh.

Multimedia control panel - Панель, отображаемая на экране ЭВМ и предназначенная для управления средствами мультимедиа (в т.ч. музыкальными инструментами и другими периферийными устройствами), а также для навигации в мультимедийных приложениях .

Multimedia applications - “ Мультимедийные приложения” - Вспомогательные средства, обеспечивающие реализацию систем мультимедиа

Инфотейнмент [Infotainment - INFOrmation and enterTAINMENT] - “ Информирование развлечением ”. Термин, относящийся к программному обеспечению, представляющего данные в развлекательной форме. Наибольшее развитие оно получило в мультимедийных системах на CD-ROM .

Аналоговый звук [analog sound ] - Звук, который мы слышим, имеет аналоговую (непрерывную) форму акустических колебаний. Цифровая запись при воспроизведении преобразуется в аналоговую форму. В прошлом большинство устройств для записи звуков также были аналоговыми.

Цифровая звукозапись [digital audio ] - Запись, представляющая звуки в виде последовательности нулей и единиц. При воспроизведении цифро-аналоговый преобразователь воссоздает исходную форму звуковых волн. Цифровая звукозапись используется на музыкальных компакт-дисках и в ПК.

Цифро-аналоговый преобразователь , ЦАП [DAC - Digital-to-Analogue Converter ] - Электронное устройство, преобразующее сигнал из цифровой формы (двоичного кода) в аналоговый, то есть непрерывный с соответственно изменяющейся величиной напряжения и/или частоты. Используется при выводе данных из ЭВМ и необходимости их последующего воспроизведения аналоговыми (не цифровыми) внешними устройствами, например, акустическими приставками.

RAMDAC – Входящий в состав видеокарты цифро-аналоговый преобразователь (см. выше), который служит для преобразования результирующего потока данных, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемых на монитор. Поскольку большинство современных мониторов используют аналоговый видеосигнал (за исключением новейших плоскопанельных мониторов), возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC . В наиболее распространённом исполнении RAMDAC состоит из трёх цифро-аналоговых преобразователей ( DAC ) – по одному на каждый цветовой канал (красный, синий, зелёный – RGB ) и SRAM для хранения данных о гамма-коррекции [505].

AVI-файл [AVI - Audio-Visual Interleave ] - Файл, записанный в формате, в котором аудио- и видеоданные последовательно чередуются. Это позволяет хранить на компакт-диске (CD-ROM) записи движущихся изображений со звуковым сопровождением.

Broadcast quality - По отношению к системам мультимедиа : Высокое качество изображения и его звукового сопровождения, сопоставимые с качеством телевизионного изображения и студийной звукозаписи.

Билет №15