Глава 3. Технические средства обработки информации

Технические средства обработки информациипредставляет собой совокупность технических устройств, обеспечивающих выполнение процессов получения, хранения, преобразования и передачи информации. К числу технических средств ИТ и ИС управления относятся средства вычислительной и организационной техники.

Несмотря на большое многообразие современных средств вычислительной техники (от супер-ЭВМ и мэйнфреймов до карманных и бытовых компьютеров), наибольшее распространение на сегодняшний день получили персональные компьютеры, используемые во всех сферах жизни общества, в том числе, в сфере управления.

Структура персонального компьютера

Структура компьютера – это некоторая модель ПК, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в него компонентов.

Персональный компьютер – это настольная или переносная ЭВМ, удовле­творяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.

Рассмотрим состав и назначение основных блоков ПК применительно к самым распространенным в настоящее время IBMPC-совместимым компьютерам.(рис. 3.1).

Рис. 3.1.Структурная схема персонального компьютера

Микропроцессор

Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Микропроцессор,иначе, центральный процессорCentralProcessingUnit(CPU)функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких боль­ших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

В состав микропроцессора входят:

• устройство управления(УУ)формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импуль­сы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность им­пульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;

• арифметико-логическое устройство(АЛУ)предназначено для вы­полнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительныйматематический сопроцессор);

• микропроцессорная память(МПП)служит для кратковременного хра­нения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.Регистры  быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имею­щих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие); Регистровая КЭШ-память высокоскоростная память сравнительно большой емкости, являющаяся буфером между ОП и МП и позволяющая увеличить скорость выпол­нения операций. Регистры КЭШ-памяти недоступны для пользователя, отсюда и название КЭШ (Cache), в переводе с английского означает «тайник».

• интерфейсная система микропроцессора  реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буфер­ные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и сис­темной шиной.Интерфейс(interface) – совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.Порт ввода-вывода(I/O –Input/Outputport) – аппаратура сопряжения, позволяющая под­ключить к микропроцессору другое устройство ПК.

Для МП на БИС или СБИС характерны: простота производства (по единой технологии); низкая стоимость (при массовом производстве); малые габариты (пластина площадью несколько квадратных сантиметров или кубик со стороной несколько миллиметров); высокая надежность; малое потребление энергии. Микропроцессор выполняет следующие функции: чтение и дешифрацию команд из основной памяти; чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств; прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ; обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ; выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК. Разрядность шины данных микропроцессора определяет разрядность ПК в целом.

В настоящее время выпускается несколько сотен различных микропроцессоров, но наиболее популярными и распространенными являются микропроцессоры фирмы Intel. Все микропроцессоры можно разделить на три группы:

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

• МП типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором команд;

• МП типа MISC (Minimum Instruction Set Computing) с минимальным набором команд и весьма высоким быстродействием (в настоящее время эти модели находятся в ста­дии разработки).

Большинство современных IBMPC-совместимых ПК типа используют МП типаCISС,более известных по их товарной маркеРentiuт,которая запатентована фирмойIntel.МП других фирм имеют иные обозначения, например,Athlonу фирмыAMD. Помимо перечисленных производителей следует отметить фирмыNEXTGEN,TRANSMETA, также выпускающие МП дляIBMPC-совместимых ПК.

Для ПК типа Macintoshиспользуются МП фирмIBM,Apple,Motorolla.

Перспективы развития вычислительной техники в целом, и, в частности, микропроцессоров лежат в плоскости нанотехнологий. Нанотехнология – это весь спектр технологий: от нанометровых техпроцессов изготовления микросхем и атомарно тонких слоев материалов до углеродных нанотрубок и управления системами на уровне атомов. Фактически, уже нынешние процессоры Intel Рentiuт 4выпускаются с применением нанотехнологий, поскольку размер затвора транзисторов, изготовленных по 0,13-микронному техпроцессу составляет всего 70 нанометров (1нм=10^-9м). Область нанотехнологий лежит ниже 100 нм.

Уменьшение размеров транзисторов на кристалле позволит формировать большие массивы элементов на одном МП, что, в свою очередь будет влиять на его характеристики.