2_Устройство и работа компьютера

АРХИТЕКТУРА

КОМПЬЮТЕРА

Компьютер делает не то, что вы хотели, а то, что вы просили

Системная шина

•Компьютеры часто строятся по схеме с системной шиной. Все устройства подключаются к шине, через которую обмениваются информацией.

Шина

•Шина – несколько линий связи внутри компьютера для быстрой передачи информации.

•Шина выглядит как несколько металлических дорожек на печатной плате или как многожильный кабель (шлейф).

•Передача информации по шине данных – последовательность электрических сигналов. В простейшем случае нули и единицы кодируются с помощью уровня напряжения на каждом проводнике: 0 В = «логический 0» и +5 В = «логическая 1».

•System bus

Контроллер

•Устройства подключаются к шине через контроллеры

•E. controller (схема управления устройством)

•to control (управлять)

•Процессор и устройство ввода/вывода могут работать параллельно (одновременно).

•У каждого контроллера есть свой буфер (память) для временного хранения данных. Процессор отправляет данные из оперативной памяти в эти локальные буферы

ичитает данные из буферов в память.

Bus

bus

(1)a large motor vehicle designed to carry passengers stopping places along a regular route; short for omnibus

(2)short for busbar

L. omnis (all) – F. voiture omnibus (carriage for all) busbar

(1)an electrical conductor, maintained at specific voltage and capable of carrying a high current, usually used to make a common connection between several circuits in a system

(2)a group of such electrical conductors at a low voltage, used for carrying data in binary form between the various parts of a computer or its peripherals

bar

(1)a regular straight length of metal, wood, etc. used as a barrier or as a structural or mechanical part

(2)a solid usually rectangular block of any material …(36) …

Пример шины (System bus)

Работа шины

•К шине подключаются несколько устройств одновременно (параллельно)

•Передача информации осуществляется по определенным правилам (протоколу)

•Операция записи (Write)

•устройство-передатчик отправляет данные в устройствоприемник

–устройство-передатчик захватывает шину и выставляет адрес устройства-приемника

–устройство-передатчик выставляет флаг (двоичный разряд) операции чтения

–все остальные устройства ожидают, когда к ним обратятся (когда появится их адрес на шине адреса)

–устройство-передатчик выставляет данные на шину данных

–устройство-приемник читает данные с шины данных

–устройство-передатчик освобождает шину

Домашнее задание

•Расшифровать и перевести сокращения

–CPU

–COM

–LPT

–ISA

–PCI

–ATA

–SATA

–IDE

–UltraDMA

–AGP

–BIOS

USB

•Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина

–www.usb.org

•Шина с разъемами снаружи компьютера

– USB 1.0 1,5 Мбит/с Low Speed

– USB 1.1 12 Мбит/с Full Speed

– USB 2.0 480 Мбит/с High Speed

– *USB 3.0 4,8 Гбит/с Super-Speed

–Полоса пропускания делится между всеми подключенными устройствами

•Автоматическая конфигурация

–Plug-and-Play – автоматическое распознавание типа устройства и настройка драйвера ОС

–Совместимость «сверху вниз»: новый порт и старое устройство или старый порт и новое устройство будут работать на медленной скорости

•Горячее подключение

–подключение и отключение устройств без выключения компьютера

–питание устройств через разъем шины

•Подключение большого числа устройств и разветвление шины

–физическая топология: многоярусная звезда

–подключение до 127 устройств

Задача

•Сколько времени нужно для передачи 4 Гбайт по USB со скоростью

1,5 Мбит/с Low Speed

12 Мбит/с Full Speed

480 Мбит/с High Speed

FireWire

–IEEE 1394

–i.LINK

–DV, miniDV

•Plug-and-Play (автоматическое определение устройства)

•hot swap (горячее подключение)

•Максимальное число устройств 63

•Скорость 400 Мбит/с

•Новая модификация

–FireWire 800

–IEEE 1394b-2002

•скорость 800 Мбит/с

SCSI

•Small Computer System Interface

–«скáзи»

•Многоцелевая шина ввода-вывода

–Жесткие диски

–Периферия

•Подключение до 8 (16) устройств

•Высокая надежность

•Производительность при интенсивной нагрузке

•Часто используется в серверах

•Высокая стоимость

Поддержка шин

•Компоненты компьютера взаимодействуют через шины

–Шина процессора

–Шина памяти

–Шина кэша

–Локальная шина ввода-вывода

–Стандартная шина ввода-вывода

–Ускоренный графический порт AGP

•Обмен данными между несовместимыми шинами: мост

–Северный мост – North Bridge

–Южный мост – South Bridge

Иерархия памяти

•Устройства хранения информации различаются по емкости, стоимости и быстродействию:

Перфокарты, перфоленты

Иерархия запоминающих устройств (ЗУ)

•Внутренняя память

–Регистры

–Кэш

–Основная (оперативная) память

•Внешняя память

–Магнитный диск

–CD

–DVD

•Автономная память

–Магнитная лента

–Перфолента, перфокарта

Регистры

– Счетчик команд

AL

• PC – Program Counter

– Указатель стека

•SP – Stack Pointer –

–Слово состояния процессора

•PSW – Processor Status Word

Кэш

•«Сверхоперативная» память для временного хранения данных, СОЗУ

–Процессор выполняет команды быстрее, чем команды читаются из памяти

–Часто используемая информация либо следующая порция данных читаются из кэша, а не из памяти.

•[F. cache – тайник, хранилище]

Кэш

ЦП Кэш Память

Слова Блоки

Основная память

–ОЗУ – оперативное запоминающее устройство

–Оперативная память

–RAM – Random Access Memory

–Main memory

•В ОЗУ размещаются программы перед их выполнением

–Процессор читает очередную команду из ОЗУ и выполняет

ее

–Значение счетчика команд увеличивается, чтобы PC указывал на следующую команду

•ОЗУ – энергозависимая память

–Содержимое памяти пропадает при выключении питания