Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 1

Слайд 2

Архитектура Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач. Архитектура ЭВМ охватывает широкий круг проблем, связанных с построением комплекса аппаратных и программных средств и учитывающих множество факторов. Среди этих факторов важнейшими являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство эксплуатации, а одним из главных компонентов архитектуры являются аппаратные средства. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 3

Основные компоненты архитектуры ЭВМ можно представить в виде схемы : Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 4

Архитектуру вычислительного средства следует отличать от его структуры . Структура вычислительного средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки узлы и т. д.) и описывает связи внутри средства во всей их полноте. Архитектура же определяет правила взаимодействия составных частей вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой это необходимо для формирования правил их взаимодействия. Она регламентирует не все связи, а наиболее важные, которые должны быть известны для более грамотного использования данного средства. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 5

Структура современной ЭВМ Структура любого вычислительного средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки узлы и т. д.) и описывает связи внутри средства во всей их полноте. Структура современного персонального компьютера (ПК) можно рассматривать на различных уровнях детализации . Если подходить к структуре ПК как к комплексу функциональных устройств, то в его состав будут входить: системный блок, устройство вывода информации - монитор, устройство ввода информации - клавиатура, устройство управления - манипулятор (мышь). Все перечисленное считается базовым составом ПК. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 6

БАЗОВЫЙ СОСТАВ ПК: Минимальный набор комплектующих устройств, обеспечивающих работоспособность вычислительной системы Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 7

Архитектура и структура ЭВМ Комплектация современной ЭВМ показана на рисунке :

Слайд 8

Системная магистраль . Она выполняется в виде совокупности шин (кабелей), используемых для передачи данных, адресов и управляющих сигналов. Количество линий в адресно-информационной шине определяется разрядностью кодов адреса и данных, а количество линий в шине управления — числом управляющих сигналов, используемых в ПК . Внутри процессора и на системной плате компьютера существуют шина данных и адресная шина . Шина данных — это система проводников и вспомогательных элементов для передачи информации в процессор и из него. Шина данных имеет разрядность. Разрядность шины данных влияет на скорость передачи информации и, следовательно, на скорость работы компьютера. Адресная шина — это система проводников и вспомогательных элементов для определения места в памяти компьютера, где хранится и куда можно занести информацию. Адресная шина также имеет разрядность. Разрядность адресной шины влияет на объем памяти, к которому может обращаться процессор. Шина расположена на системной плате. Если исключить все остальные элементы системной платы (процессор, разъемы для плат оперативной памяти, микросхемы кэш-памяти, микросхема BIOS, разъемы для плат расширения), то все остальные элементы платы и являются шиной. В настоящее время используются шины типа PCI. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 9

Системный блок Являясь главным в ПК, этот блок включает в свой состав центральный микропроцессор, сопроцессор, модули оперативной и постоянной памяти, контроллеры, накопители на магнитных дисках и другие функциональные модули. Набор модулей определяется типом ПК. Пользователи по своему желанию могут изменять конфигурацию ПК, подключая дополнительные периферийные устройства. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 10

Системная плата Основным элементом системного блока является системная плата. Рассмотрим более подробно ее состав. На системной плате располагаются следующие элементы: • процессор; • разъемы для плат оперативной памяти; • микросхемы быстрой памяти (Кэш); • микросхема базовой системы ввода-вывода (BIOS); • разъемы для плат расширения, управляющих различными устройствами (дисководами, монитором, мышкой, клавиатурой, сканером, системой лазерного диска и т.д.); • шина расширения и адресная шина (на рисунке не показаны ). Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 11

Внешний вид системной платы Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 12

ПРОЦЕССОР Ядром любой ПК является центральный микропроцессор (МП), который выполняет функции обработки информации и управления работой всех блоков ПК . Английское название процессора – CPU ( Central Processing Unit ). Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 13

Процессор представляет собой специально выращенный полупроводниковый кристалл, на котором располагаются транзисторы, соединенные напыленными алюминиевыми проводниками. Кристалл помещается в керамический корпус с контактами . Конструктивно МП, как правило, выполнен на одном кристалле (на одной СБИС ). В состав МП входят : центральное устройство управления, арифметико-логическое устройство , внутренняя регистровая память, КЭШ-память , схема формирования действительных адресов операндов для обращения к оперативной памяти, схемы управления системной шиной и др . Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 14

Структурная схема процессора Архитектура и структура ЭВМ Эта схема соответствует процессорам архитектуры P6. По этой архитектуре создавались процессоры с Pentium Pro до Pentium III. Процессоры Pentium 4 изготавливаются по новой архитектуре Intel ® NetBurst . В процессорах Pentium 4 кэш 1-го уровня поделен на две части - кэш данных и кэш команд.

Слайд 15

Управляющий блок - управляет работой всех блоков процессора. Арифметико-логический блок - выполняет арифметические и логические вычисления . Регистры - блок хранения данных и промежуточных результатов вычислений - внутренняя оперативная память процессора. Блок декодировки - преобразует данные в двоичную систему . Блок предварительной выборки - получает команду от устройства (клавиатура и т.д.) и запрашивает инструкции в системной памяти . Кэш-память (или просто кэш) 1-го уровня - хранит часто использующиеся инструкции и данные . Кэш-память 2-го уровня - хранит часто использующиеся данные . Блок шины - служит для ввода и вы вода информации. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 16

Характеристики процессора Тактовая частота — это количество операций, которое процессор может выполнить в секунду. Т.е. чем больше операций в секунду может выполнять процессор, тем быстрее он работает. Например, процессор с тактовой частотой 40 МГц выполняет 40 миллионов операций в секунду, с частотой 300 Мг — 300 миллионов операций в секунду, с частотой 1 ГГц - 1 миллиард операций в секунду. Существует два типа тактовой частоты — внутренняя и внешняя. Внутренняя тактовая частота — это тактовая частота, с которой происходит работа внутри процессора. Внешняя тактовая частота или частота системной шины — это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и оперативной памятью компьютера. В многоядерных процессорах вводится понятие тактового множителя, что увеличивает характеристику тактовой частоты относительно частоты системной шины. Например, если внешняя тактовая частота процессора Intel Core 2 Duo E6700 2.66ГГц(частота системной шины 1066МГц) составляет 266МГц, то его тактовый множитель равен 10: 266МГц*10=2.66ГГц. Разрядность процессора определяется разрядностью его регистров. Компьютер может оперировать одновременно ограниченным набором единиц информации. Этот набор зависит от разрядности внутренних регистров. Разряд — это хранилище единицы информации. За один рабочий такт компьютер может обработать количество информации, которое может поместиться в регистрах. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 17

Виды памяти ПК Оперативная память Оперативную память сокращенно называют ОЗУ— Оперативное Запоминающее Устройство (или по-английски RAM — Random Access Memory — память с произвольным доступом). Оперативная память служит для того, чтобы хранить всю информацию, с которой работает компьютер. Любая программа, с которой мы собираемся работать, записывается или как говорят "загружается" в оперативную память, и в памяти хранятся все данные и результаты вычислений, которые производятся процессором во время выполнения программы. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 18

Кэш-память Предназначена для ускорения операций с памятью компьютера используется быстрая кэш-память . В кэш-память записывается та часть информации оперативной памяти, которая изменяется в данный момент. Процессор прогнозирует последую-щие шаги при выполнении програм-мы и заранее записывает информа-цию , которая для них потребуется в кэш-память. Таким образом уменьшается время поиска информации в памяти и увеличивается скорость выполнения программы. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 19

Постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) Архитектура и структура ЭВМ служит для хранения информации о системе в целом. Данная информация должна быть всегда неизменной, поэтому ПЗУ снабжена автономным источником питания (батарейкой). Программный код, записанный в ПЗУ создается фирмой производителем. Для изменения настроек ввода-вывода служит BIOS. BIOS — ( Base Input-Output System ) Базовая система ввода - вывода, проводящая первоначальные операции для включения компьютера. При включении питания BIOS тестирует состояние компьютера и его элементов и затем передает управление компьютером центральному процессору. Микросхемы BIOS

Слайд 20

Накопитель на жестких магнитных дисках Жесткий диск ( Hard Disk ) предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, различных данных. Жесткий диск — это магнитный диск, который устанавливается в системном блоке компьютера. Внешне этот диск представляет собой герметичную металлическую коробку, внутри которой расположен сам диск, магнитные головки чтения-записи, механизмы вращения диска и перемещения головок. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 21

Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 22

Блок питания Он обеспечивает энергопитание персонального компьютера В блоке питания располагается трансформатор, выпрямитель и охлаждающий вентилятор. Внутрь компьютера из блока питания выходит несколько комплектов проводов для подключения к электрическому питанию системной платы, жесткого диска, дисководов Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 23

Порты Порты - это разъемы на задней панели системного блока компьютера, которые служат для соединения с компьютером периферийных устройств, таких как монитор, клавиатура, мышка, принтер, сканер, и т.д. Существуют следующие основные типы портов: • Параллельный порт • Последовательный порт • USB • PS/2 • AT/MIDI • FireWire Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 24

Параллельный порт - это скоростной порт, через который сигнал передается в двух направлениях по 8 параллельным линиям. Через параллельные порты с компьютером соединяются принтеры, стриммеры и другие устройства, требующие высокую скорость передачи данных. Параллельные порты используют также для соединения двух компьютеров между собой. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 25

Последовательный порт ( Serial port или COM-port : Communications port ) - это порт, через который данные передаются только в одном направлении в каждый момент времени. Данные передаются последовательно сериями сначала в одном, потом в другом направлении. Через последовательные порты подключаются устройства , которые не требуют высокой скорости передачи данных - мышки, клавиатуры, модемы. Скорость передачи данных через последовательный порт - 115 Кбит/сек. На схемах параллельные порты обозначают COM1, COM2 и т.д. Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 26

USB ( Universal Serial Bus ) - универсальный последовательный порт. Это порт, который позволяет подключать практически любые периферийные устройства. В настоящее время производители периферийных устройств выпускают их в двух вариантах - с обычными для этих устройств портами (разными для разных устройств) и USB. Существуют и мышки, и клавиатуры для USB порта. Важной особенностью USB портов является то, что они поддерживают технологию Plug and Play , т.е. при подключении устройства не требуется устанавливать драйвер для него, кроме того, порты USB поддерживают возможность "горячего подключения" - подключения при работающем компьютере . Архитектура и структура ЭВМ

Слайд 27

Порты PS/2 - это параллельные порты для мышки и клавиатуры. Порт PS/2 был разработан компанией IBM в 1987 году и первоначально эти порты появились на компьютерах IBM. Эти порты и коннекторы для портов были значительно меньше по сравнению с существующими портами и коннекторами AT/MIDI, поэтому и другие производители стали использовать порты PS/2 в своих компьютерах . Архитектура и структура ЭВМ Порты PS/2 бывают 5-контактными и 6-контактными, но для пользователя они идентичны.

Слайд 28

Внешние устройства Устройства, подключающиеся к системному блоку, называются внешними К ним относятся: Устройства ввода информации Устройства вывода информации Устройства хранения информации Устройства чтения-записи Устройства связи Архитектура и структура ЭВМ