Информатика. Лекция 5* (обновлен)

ЛЕКЦИЯ №5

Минимальная конфигурация компьютера

Согласно принципу открытой архитектуры компьютер платформы IBM – это не единый электронный аппарат, как, например, телевизор, а небольшой комплекс взаимосвязанных устройств каждому из которых поручена определенная функция.

Конфигурация компьютера означает, что любой компьютер может работать с различными наборами внешних устройств.

Минимальная конфигурация – это минимальный набор элементов, без которых невозможна работа компьютера или она совершенно бессмысленна.

Схема компьютера:

Монитор связан с портом вывода

Системный блок: материнская плата, блок питания, накопители, порты ввода/вывода

Манипуляторы связаны с портом вводы/вывода

Материнская плата: процессор, ОП, ПЗУ, шины, стандартные контроллеры

Порты ввода/вывода взаимосвязаны с видео-аудио-карты, стандартные контроллеры

Настольные компьютера (desktop)

Ноутбуки (лэптопы)

КПК, коммуникаторы, смартфоны

СИСТЕМНЫЙ БЛОК:

Назначение основных элементов системного блока ПК

Материнская плата – это электронная плата, на которой расположены все основные элементы ПК.

Блок питания – необходим для преобразования электропитания в сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на материнскую плату компьютера и на другие устройства, находящиеся внутри СБ, а также на клавиатуру и мышь.

Контроллеры – это специальная электронная схема, предназначенная для управления работой внешних устройств; стандартные контроллеры интегрированы с м. п. – HDD, клавиатура, мышь

Процессор

Процессор – (CPU = Central Processing Unit) – микросхема, которая обрабатывает информацию и управляет всеми устройствами компьютера.

Архитектура процессоров

Под термином архитектура процессора понимается конструкция процессора, т.е. состав и назначение его регистра и имеющаяся система команд процессора (набор инструкций).

Конструктивно процессор состоит из ячеек, в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами.

Назначение регистров:

1. Адресные регистры служат для хранения адресов, по которым процессор находит данные в памяти

2. Регистры общего назначения (РОН) – используют для операций с данными.

3. Регистры самопроверок в процессоре – ячейки, которые постоянно проверяю контрольные суммы – работоспособность процессора и др.

По способу представления команд (иногда говорят – инструкций) все микропроцессоры можно разделить на две группы:

Процессоры типа CISC (Complex Instruction Set Computing) с полным набором команд;

Процессоры типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором команд. Эти процессоры нацелены на быстрое выполнение небольшого набора простых команд. При выполнении сложных команд RISC-процессоры работают медленнее, чем CIISC-процессоры.

Это две архитектуры процессоров постоянно сближаются, отбирая лучшие свойства.

Система команд процессора.

В ходе работы процессор обслуживает данные, находящиеся:

1 – в его регистрах;

2 – в ОП;

3 – с внешних портов процессора.

Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть – как адреса, а часть – как команды.

Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить процессор над данными, образует систему команд процессора – это специальный документ, в котором описана, какая команда что выполняет и каким кодом она записана.

Например: 001 – сложение, 002 – умножение

Когда был запущен принцип открытой архитектуры фирмы IBM, за основу были взяты процессоры фирмы Intel, системы команд этих процессоров была использована как стандарт для разработчиков процессоров других фирм (например, AMD). Те процессоры, которые поддерживают систему команд процессора Intel, называются IBM-совместимые процессоры.

Основные характеристики процессора:

Рабочее напряжение процессора обеспечивается материнской платой, поэтому разным маркам процессора соответствуют определенные материнские платы (их надо выбирать совместно).

Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояние между структурными элементами в кристалле процессора до микронов, не опасаясь электрического пробоя.

Пропорционально квадрату напряжения уменьшается тепловыделение процессора, а это позволяет увеличить его производительность без угрозы перегрева.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт.

Тактовая частота.

В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в часах. В компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем материнской платы, называемая тактовым генератором. Чем выше частота тактов, поступающих в процессор, тем больше команд он может выполнить в единицу времени, т.е. тем выше его производительность. Таким образом, производительность всего компьютера определяется скоростью работы процессора, т.е. его тактовой частотой.

КЭШ-память

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, в первую очередь, с оперативной памятью.

Для того, чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти внутри процессора создают буферную область, так называемую, кэш-память (сверхоперативная память).

Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там он их не обнаруживает, он обращается в оперативную память. С другой стороны, принимаю блок данных из оперативной памяти, он заносит их одновременно и в кэш. Высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш-памяти.

Память компьютера – устройство для хранения информации

Внутренняя: оперативная, ПЗУ, HDD

Внешняя: дискеты, лазерные диски, флеш-память

Оперативная память ОЗУ, RAM

(энергозависимая) – обнуляется при выключении/перезагрузке ПК

ОП – это совокупность специальных электронных или кристаллических ячеек, каждая из которых может хранить конкретную комбинацию 0 и 1 объемом 1 байт.

Ячейки нумеруются порядковыми номерами, начиная с нуля.

Номер ячейки называют адресом того байта, который записан в ней в данный момент.

Физически оперативная память изготавливается в виде БИС различных типов (SRAM – статическая память, DRAM – динамическая память).

Ячейки динамической памяти можно представить в виде микрокондесаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. 8 микроконденсаторов – 1 ячейка.

Регенерация ОП – проверка ОС ОП.

Ячейки статической памяти можно представить как электронные микроэлементы – триггеры, состоящие из нескольких транзисторов.

В триггере хранится не заряд, а состояние – включен/выключен. Поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие и надежность.

ПЗУ (ROM)

В момент включения компьютера в его ОП ничего нет, однако процессору нужны команды, в том числе, и в первый момент после включения. Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно без участия программ, т.е. всегда одинаково. Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой, и далее начинает работать по этим программам. Этот исходный адрес указывает на ПЗУ, который размещается на материнской плате. ПЗУ хранит инфу, даже когда компьютер выключен.

Комплект программ в ПЗУ – BIOS.

Полупостоянная память

В BIOS не закладывается информация о, так называемых, стандартных устройствах.

Для того, чтобы начать с ними работу, программы входящие в состав BIOS должны знать, где найти нужный параметр.

BIOS изготовлен по технологии CMOS – полупроводниковая память. От ОП CMOS отличается тем, что ее содержимое не стирается при выключении компьютера. От ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.

Это микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате. Хватает на полгода, если не включать компьютер.

Видеопамять – энергозависимая память, расположенная на видеокарте, предназначенная для хранения изображения и вывода его на экран.

ПЗУ (ROM – read only memory) – 64 – микросхема BIOS