Магистрально- модульный принцип построения компьютера

Компьютер – это универсальное электронное программно-управляемое устройство, предназначенное для автоматической обработки, хранения и передачи информации. Принцип программного управления компьютером состоит в том, что программа состоящая из набора команд, записывается в память компьютера, а компьютер автоматически исполняет эту программу. Программа это заранее заданная, четко определённая последовательность арифметических, логических и других операций. Компьютер обрабатывает информацию, исполняя программы, которые разрабатываются человеком и вводятся в память компьютера.

МАГИСТРАЛЬНО-МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРА В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами. Кроме этого модульный принцип предполагает, что новые устройства (модули) должны быть совместимы со старыми и легко устанавливаться в том же месте, а это позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и модернизировать его. Функциональная организация компьютера Аппаратная реализация компьютера

Магистраль (системная шина) Устройства ввода Внешняя память Устройства вывода Процессор Внутренняя память

УСТРОЙСТВА ВВОДА Устройства ввода – это устройства для ввода информации в память компьютера. Устройства ввода – это устройства для ввода информации в память компьютера. Эти устройства преобразуют различные виды информации (графическую, текстовую, числовую, звуковую) в цифровую (двоичную) форму Эти устройства преобразуют различные виды информации (графическую, текстовую, числовую, звуковую) в цифровую (двоичную) форму К устройствам ввода относятся клавиатура, мышь, сканер, микрофон, графический планшет, джойстик и другие. К устройствам ввода относятся клавиатура, мышь, сканер, микрофон, графический планшет, джойстик и другие.

УСТРОЙСТВА ВЫВОДА Устройства вывода – это устройства для вывода информации из памяти компьютера к пользователю. Устройства вывода – это устройства для вывода информации из памяти компьютера к пользователю. Эти устройства преобразуют информацию из двоичной (цифровой) формы в привычные для пользователя виды: текстовую, звуковую, графическую Эти устройства преобразуют информацию из двоичной (цифровой) формы в привычные для пользователя виды: текстовую, звуковую, графическую К устройствам вывода относятся: видеомонитор, принтер, акустические колонки, наушники, графопостроитель и другие. К устройствам вывода относятся: видеомонитор, принтер, акустические колонки, наушники, графопостроитель и другие.

ПРОЦЕССОР Процессор – центральное устройство компьютера, которое осуществляет обработку информации, выполняя арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Функции процессора: обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций; программное управление работой устройств компьютера.

ПРОЦЕССОР Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Характеристики процессора 1.Тактовая частота- количество тактов в секунду. Измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц) Измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц) 1 МГц = 1 миллион тактов в секунду Увеличилась в 500 раз, от 5 МГц (8086, 1978) до 2,4 ГГц (Pentium 4, 2002 год) Увеличилась в 500 раз, от 5 МГц (8086, 1978) до 2,4 ГГц (Pentium 4, 2002 год)

Процессоры Тип Год выпуска Частота (МГЦ) , Pentium Pentium Pentium Pentium

2. Разрядность процессора - количество двоичных разрядов, которые могут передаваться или обрабатываться процессором одновременно. 64/ разрядная шина данных и 36- разрядная шина адреса

Первый отечественный школьный компьютер «Агат» (1985 г.) имел процессор 8/16: обрабатывает одновременно 8 битов, адресное пространство=64 Килобайта. Первый отечественный школьный компьютер «Агат» (1985 г.) имел процессор 8/16: обрабатывает одновременно 8 битов, адресное пространство=64 Килобайта. Pentium 4 имеет разрядность 64/36 Pentium 4 имеет разрядность 64/36

3. Производительность процессора зависит от его разрядности, от его частоты. Нельзя вычислить. 3. Производительность процессора зависит от его разрядности, от его частоты. Нельзя вычислить.

Оперативная память Оперативная память Предназначена для хранения информации. Предназначена для хранения информации. Изготавливается в виде модулей памяти – пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС памяти. Изготавливается в виде модулей памяти – пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС памяти.

ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ Внутренняя память – это устройство, которое хранит информацию, необходимую компьютеру в данный момент работы. Внутренняя память – это устройство, которое хранит информацию, необходимую компьютеру в данный момент работы. В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш- память и постоянная (специальная) память. В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш- память и постоянная (специальная) память. Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM) это энергозависимое быстрое запоминающее устройство сравнительно небольшого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM) это энергозависимое быстрое запоминающее устройство сравнительно небольшого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда компьютер выключается, вся информация, которая находилась в ОЗУ, удаляется. Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда компьютер выключается, вся информация, которая находилась в ОЗУ, удаляется. Обычно оперативная память исполняется из интегральных микросхем Обычно оперативная память исполняется из интегральных микросхем

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ Внешняя память – это устройства, предназначенные для долговременного хранения больших объёмов информации. Внешняя память энергонезависима, характеризуется меньшим быстродействием в сравнении с внутренней памятью, но имеет намного больший информационный объём. Устройства внешней памяти (накопители) обеспечивают запись информации на носители информации, а также считывание информации с носителей. В настоящее время наибольшее распространение получили накопители с магнитным и оптическим(лазерным) принципом записи и считывания информации.

МАГИСТРАЛЬ (СИСТЕМНАЯ ШИНА) Магистраль – устройство, которое осуществляет взаимосвязь и обмен информацией между всеми устройствами компьютера. Магистраль – устройство, которое осуществляет взаимосвязь и обмен информацией между всеми устройствами компьютера. Магистраль включает в себя три многоразрядные шины, представляющие собой многопроводные линии: Магистраль включает в себя три многоразрядные шины, представляющие собой многопроводные линии: шину данных, шину данных, шину адреса, шину адреса, шину управления. шину управления. По шине данных между устройствами передаются данные, по шине адреса от процессора передаются адреса устройств и ячеек памяти, по шине управления передаются управляющие сигналы. По шине данных между устройствами передаются данные, по шине адреса от процессора передаются адреса устройств и ячеек памяти, по шине управления передаются управляющие сигналы. Основными характеристиками системной шины является разрядность и частота

Магистраль (системная шина) Шина данных Шина адреса Шина управления

магистрально- модульный принцип

Шина данных По этой шине передаются данные между различными устройствами в любом направлении По этой шине передаются данные между различными устройствами в любом направлении

Шина адреса Адрес устройств или адрес ячейки оперативной памяти передается по адресной шине в одном направлении- от процессора к оперативной памяти (однонаправленная шина) Адрес устройств или адрес ячейки оперативной памяти передается по адресной шине в одном направлении- от процессора к оперативной памяти (однонаправленная шина)

Разрядность шины адреса определяется объемом адресуемой памяти (адресное пространство)- количество однобайтовых ячеек оперативной памяти Разрядность шины адреса определяется объемом адресуемой памяти (адресное пространство)- количество однобайтовых ячеек оперативной памяти N=2, где I – разрядность шины адреса N=2, где I – разрядность шины адреса I

Разрядность шины адреса постоянно увеличивается и в современных ПК = 36 бит. Разрядность шины адреса постоянно увеличивается и в современных ПК = 36 бит. Максимально возможное количество адресуемых ячеек равно: Максимально возможное количество адресуемых ячеек равно: N= 2 = N= 2 =

Шина управления По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали, т.е. считывание или запись информации из памяти. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали, т.е. считывание или запись информации из памяти.

Аппаратная реализация компьютера

АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРА Конструктивно большинство основных устройств компьютера объединены в системном блоке, к которому подключаются внешние устройства (видеомонитор, клавиатура, мышь, принтер, сканер, звуковые колонки и другие). Конструктивно большинство основных устройств компьютера объединены в системном блоке, к которому подключаются внешние устройства (видеомонитор, клавиатура, мышь, принтер, сканер, звуковые колонки и другие). В системном блоке размещаются: В системном блоке размещаются: блок питания; блок питания; накопитель на жёстких магнитных дисках; накопитель на жёстких магнитных дисках; накопитель на гибких магнитных дисках; накопитель на гибких магнитных дисках; накопитель на оптических дисках; накопитель на оптических дисках; системная плата; системная плата; платы расширения; платы расширения; система вентиляции; система вентиляции; система индикации система индикации и др. и др. Корпус системного блока может иметь горизонтальную (DeskTop) или вертикальную (Tower башня) компоновку. Корпус системного блока может иметь горизонтальную (DeskTop) или вертикальную (Tower башня) компоновку.

АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРА Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате системного блока, которая называется системной или материнской На системной плате реализована магистраль обмена информацией, находятся разъёмы для установки микропроцессора и модулей оперативной памяти. Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые называются чипсетами.

АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРА Периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме: Контроллеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора. Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора. Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный. Последовательный порт (COM1, COM2) обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами побитно. Параллельный порт (LPT)получает и посылает данные побайтно. К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем. К параллельному порту подсоединяют более "быстрые" устройства принтер и сканер. Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы. Сейчас широко используется универсальный USB-порт, обеспечивающий высокоскоростное подключение различных внешних устройств

системная (материнская) плата

Внешняя (долговременная) память Внешняя (долговременная) память Основная функция - способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио- видео клипы) Основная функция - способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио- видео клипы)

Гибкие магнитные диски Гибкие магнитные диски

Информационная емкость дискеты = 1,44 Мбайт Информационная емкость дискеты = 1,44 Мбайт Скорость записи =50 Кбайт/с Вращение диска всего 360 об/мин

Правила обращения с дискетой: не сгибать дискету; не сгибать дискету; не прикасаться руками к магнитному покрытию диска; не прикасаться руками к магнитному покрытию диска; не подвергать дискету воздействию магнитных полей; не подвергать дискету воздействию магнитных полей; надписи на приклеенной к дискете этикетке следует делать без нажима карандашом; надписи на приклеенной к дискете этикетке следует делать без нажима карандашом; нельзя мыть дискету; нельзя мыть дискету; нужно извлекать дискету перед выключением ПК; нужно извлекать дискету перед выключением ПК; вставлять дискету в дисковод и вынимать ее из него только тогда, когда не горит сигнальная лампочка включения дисковода. вставлять дискету в дисковод и вынимать ее из него только тогда, когда не горит сигнальная лампочка включения дисковода.

Жесткие магнитные диски

Информационная емкость = 150 Гбайт Информационная емкость = 150 Гбайт Скорость записи и считывания информации = 133 Мбайт/с Скорость записи и считывания информации = 133 Мбайт/с Вращение дисков до 7200 об/мин. Вращение дисков до 7200 об/мин.

Накопители на оптических дисках Накопители на оптических дисках В лазерных дисководах CD- ROM и DVD-ROM используется оптический принцип записи и считывания информации В лазерных дисководах CD- ROM и DVD-ROM используется оптический принцип записи и считывания информации

На лазерных CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) На лазерных CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) и DVD-ROM (Digital Video Disk Read Only Memory) хранится информация, которая была записана при изготовлении и DVD-ROM (Digital Video Disk Read Only Memory) хранится информация, которая была записана при изготовлении

Информационная емкость CD-ROM =650 Мбайт DVD-ROM= до 17 Гбайт

Существуют CD-R и DVD-R- диски (recordable, записываемый). Существуют CD-R и DVD-R- диски (recordable, записываемый). Информация записывается только один раз. Информация записывается только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (ReWritable, перезаписываемый) перезапись возможна несколько раз На дисках CD-RW и DVD-RW (ReWritable, перезаписываемый) перезапись возможна несколько раз

Для записи и перезаписи на диски используются CD-RW и DVD-RW- дисководы, позволяют записывать и считывать информацию с различной скоростью Для записи и перезаписи на диски используются CD-RW и DVD-RW- дисководы, позволяют записывать и считывать информацию с различной скоростью

Flash-память Энергонезависимый тип памяти, хранит данные в микросхемах. Энергонезависимый тип памяти, хранит данные в микросхемах. Микросхема, помещенная в миниатюрный плоский корпус. Микросхема, помещенная в миниатюрный плоский корпус.

V дискеты = 2*M*N*S 2- количество сторон дискеты 2- количество сторон дискеты M – количество дорожек на дискете M – количество дорожек на дискете N – количество секторов на каждой дорожке N – количество секторов на каждой дорожке S – объем одного сектора S – объем одного сектора

Задача 1 Двусторонняя дискета имеет объем 1200 Кбайт. Сколько дорожек на одной стороне дискеты, если каждая дорожка содержит 15 секторов по 4096 бит? Двусторонняя дискета имеет объем 1200 Кбайт. Сколько дорожек на одной стороне дискеты, если каждая дорожка содержит 15 секторов по 4096 бит?

Решение V дискеты = 2*M*N*S V дискеты = 2*M*N*S 1200 Кбайт=2*M*15*4096 бит 1200 Кбайт=2*M*15*4096 бит 4096 бит =4096/8 = 512 байт/1024 = 0,5 Кбайт 4096 бит =4096/8 = 512 байт/1024 = 0,5 Кбайт 1200 Кбайт = 2*M*15* 0,5 Кбайт 1200 Кбайт = 2*M*15* 0,5 Кбайт M= 1200 Кбайт / 2*15* 0,5 Кбайт M= 1200 Кбайт / 2*15* 0,5 Кбайт M= 80 дорожек M= 80 дорожек

Задача 2 Односторонняя дискета имеет объем 180 Кбайт. Сколько дорожек будет на диске, если каждая из них содержит 9 секторов, а в каждом секторе размещается по 1024 символа из 16 – символьного алфавита. Односторонняя дискета имеет объем 180 Кбайт. Сколько дорожек будет на диске, если каждая из них содержит 9 секторов, а в каждом секторе размещается по 1024 символа из 16 – символьного алфавита.

Решение V дискеты = 2*M*N*S V дискеты = 2*M*N*S 180 Кбайт = 1*M*9*S 180 Кбайт = 1*M*9*S S=1024*I S=1024*I N=2^I, 16=2^i, i=4 бит – размер одного символа N=2^I, 16=2^i, i=4 бит – размер одного символа S=1024*i=1024*4= 4096 бит S=1024*i=1024*4= 4096 бит M= 180 Кбайт /9*0.5 Кбайт = 40 дорожек M= 180 Кбайт /9*0.5 Кбайт = 40 дорожек

Задача 3 Двусторонняя дискета имеет объем 240 Кбайт. Сколько секторов будет на каждой из 9 дорожек, в каждом секторе размещается по 1024 символов из 8 – символьного алфавита. Двусторонняя дискета имеет объем 240 Кбайт. Сколько секторов будет на каждой из 9 дорожек, в каждом секторе размещается по 1024 символов из 8 – символьного алфавита.

Решение V дискеты = 2*M*N*S V дискеты = 2*M*N*S 240 Кбайт = 2*9*N*S 240 Кбайт = 2*9*N*S S= 1024*i S= 1024*i N=2^i, 8=2^i, i=3 бит – размер одного символа N=2^i, 8=2^i, i=3 бит – размер одного символа S= 1024*i= 1024*3= 3072 бит S= 1024*i= 1024*3= 3072 бит N= 240 Кбайт /2*9*0.375 Кбайт = 36 секторов N= 240 Кбайт /2*9*0.375 Кбайт = 36 секторов