Вопросы к защите работы

1. Принципы создания ЭВМ Д. Неймана.

2. Обоснование использования двоичной системы счисления в ЭВМ.

3. Дать определения информации, данных, знаний. В каком виде информация находится в ЭВМ?

4. Дать характеристику элементной базы ЭВМ.

5. Вклад фирмы IBM PC в создание ПК.

2. Состав и структура пк

Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) – четко определённых арифметических, логических и других последовательностей действий, операций.

Под архитектурой ( т.е. взаимодействие, связь, взаимовлияние объекта и окружающей среды) компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые использует процессор для обработки данных. Архитектура ПК определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера и их взаимодействие с пользователем, т.е. совокупность свойств существенных для пользователя.

Структура компьютера - это модель, состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами и т.д.

Большинство современных ЭВМ строится на базе принципов сформулированных Дж. Фон Нейманом в 1945 г. . Реализация этих принципов приводит к шинной организации ЭВМ. По этой структуре объединение функциональных блоков осуществляется по системе шин: шины данных для обмена информацией между блоками, шиной адресов ячеек памяти, портов ввода вывода, шины управления устройствами ПК.

Шина данных

Шина адресов Системная магистраль

Шина управления ( шина )

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации.

Процессор

Операт Память

Внеш. устройства

Порты (т.е. разъемы) ввода-вывода подключаются к шине непосредственно или через контроллеры (платы), которые могут называться адаптерами (приспособлениями), интерфейсами (средства связи). Подключение происходит к разъемам на процессорной плате называемым слотами.

Вся информация в ПК содержится в виде программных объектов – файлов и запоминается в оперативной памяти (ОП), а затем может переноситься в постоянную память (ПП), предназначенную для длительного хранения.

Процессор (микропроцессор, центральный процессор- устройство обеспечивающее циклический процесс) – основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Существуют разные типы архитектур процессоров: ковейерная (каждая ступень ковейера выполняет одну функцию, например дешифрацию), суперскалярная – выполнение нескольеих команд за один такт, циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом.

Он представляет из себя большую микросхему (например, размеры микропроцессора типа Pentium примерно 5*5*0,5 см) на материнской плате.

Процессор подключается через разъем (Socket ) имеющим большое количество контактов (тысяча и более) на материнской плате. С этого разъема начинается общая магистраль и заканчивается на разъемах памяти и внешних устройствах.

Конструктивно процессор состоит из ячеек, в которых данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора (сверхоперативная память) называют регистрами. Данные, попавшие в регистры, могут рассматриваются, как данные или как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах.

Существуют разные типы архитектур процессоров: конвейерная (каждая ступень конвейера выполняет одну функцию, например дешифрацию), суперскалярная – выполнение нескольких команд за один такт

Двухъядерные процессоры относятся к типу систем, состоящих из двух независимых процессорных ядер, объединенных в одной интегральной схеме (ИС) , т.е. в единый кристалл. Такие системы совмещают два ядра в одном процессоре. Каждый из процессоров в двухъядерной системе имеет встроенную кэш-память (первичная кэш-память), что дает им собственный потенциал для быстрого и эффективного восстановления и обработки часто используемых команд. Кроме этого, на той же интегральной схеме находится кэш-память второго уровня. Двухъядерные процессоры имеют значительные преимущества при работе с новыми программами, которые загружают оба ядра для своей работы.

Адресная шина. У процессоров Intel Pentium адресная шина 64 -разрядная, то есть состоит из 64 параллельных линий (проводников). В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 64 нулей и единиц образует 64-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячеек в регистры.

Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно.

Шина команд. Для того, чтобы процессор мог обрабатывать данные, он должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов. Команды укладываются в один, два, три и более байтов.

Система команд процессора. Эти системы заносятся в постоянную память процессора на предприятии изготовителе. Система состоит из набора (300…500) команд, которые представляют из себя набор ячеек в количестве равном машинному слову (регистру). Cовокупности напряжений в ячейках создают конфигурации команд .

Основные параметры процессоров. Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш-памяти.

Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). По мере развития процессорной техники происходит постепенное понижение рабочего напряжения. Ранние модели процессоров х86 имели рабочее напряжение 5 В (логическая «1»). С переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 2,5 В.

Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояния между структурными элементами в кристалле процессора до десятитысячных долей миллиметра, не опасаясь электрического пробоя. Уменьшается и тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличивать его производительность без угрозы перегрева.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры х86 были 16, потом 32, 64-разрядными и более.

Рабочая тактовая частота задаёт тактовый принцип работы всего ПК (как и в обычных часах). Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. Первые процессоры х86 могли работать с частотой не выше 4,77 МГц, а сегодня рабочие частоты процессоров превосходят 500 и более миллионов тактов в секунду (500 МГц).?........

Память процессора. Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например, с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и, только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память. «Удачные» обращения в кэш-память называют попаданиями в кэш. Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш-памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш-памяти. Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.

Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах SRAM (Static RAM) и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких десятков Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.

Основная оперативная память (ОЗУ) формируется на микросхемах типа Dynamic RAM (модули DDR). Каждый информационный бит в которых запоминается в виде электрического заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают специальные устройства. Этот процесс называется регенерацией памяти (Refresh Memory) .

Материнская плата (mother board) – основная плата персонального компьютера, представляющая из себя лист стеклотекстолита, покрытый медной фольгой. Путем травления фольги получают тонкие медные проводники, соединяющие электронные компоненты. На материнской плате размещаются:

процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;

микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;

разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

Рис. 2.2. Материнские платы:

а) Pentium III P3B-F ; б) ASUSTeK P4G8X-Deluxe Socket478

Разъемы на платах расширения для подключения других устройств называются Портами (задняя панель системного блока).

USB

По шине USB можно подключать до 127 устройств. На практике подсоединяют не более 10 ( ограничением служит максимальная пропускная способность канала). Обмен данными с быстродействующими устройствами осуществляется на скорости 60 Мбайт/с (USB 2.0. ), а с медленными – на 1.5 Мбит/с (USB 1.1.). Максимально допустимая длина кабеля составляет 5 м, однако ее можно увеличить, установив дополнительные концентраторы.

Имеющаяся в составе шины USB линия питания с допустимым током нагрузки до 500 мА, во многих случаях позволяет периферии обходиться без дополнительных источников. Все устройства подключаются в горячем режиме и автоматически конфигурируются, благодаря поддержке режима

Plug and Play.

FIREWIRE

Соперником USB 2.0 в борьбе за сердца и кошельки пользователей является интерфейс FireWire, называемый также IEEE1394. Этот стандарт дороже своего конкурента и менее распространен. Изобретателем нового высокоскоростного последовательного интерфейса, который сначала разрабатывался как скоростной вариант SCSI, является фирма Apple. Скорость передачи данных шины IEEE 1394 – 100, 200, 400 Мбит/c, расстояние – до 4.5 м, количество устройств – до 63. Как и USB, шина IEEE 1394 обеспечивает возможность переконфигурации аппаратных средств компьютера без его выключения. Она используется для подключения различного видео и аудио оборудования (телевизоры, видеомагнитофоны, видеокамеры и т. д.), осуществляющего передачу данных в цифровом коде.