К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 1 Устройство компьютера § 32. Принципы устройства компьютеровПринципы устройства компьютеров § 33. Магистрально-модульная. - презентация

1 К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Устройство компьютера § 32. Принципы устройства компьютеров Принципы устройства компьютеров § 33. Магистрально-модульная организация компьютера Магистрально-модульная организация компьютера

2 К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Устройство компьютера § 32. Принципы устройства компьютеров 2

3 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принципы устройства компьютеров 3 А. Беркс, Г. Голдстайн и Дж. фон Нейман: «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства» (1946) состав основных компонентов вычислительной машины принцип двоичного кодирования принцип адресности памяти принцип иерархической (многоуровневой) организации памяти принцип хранимой программы принцип программного управления

4 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Архитектура фон Неймана 4 Джон фон Нейман ( ) процессор (АЛУ, УУ) внешняя память устройства ввода устройства вывода внутренняя память обрабатывает данные обеспечивает выполнение программы временное хранение данных во время обработки долговременное хранение данных

5 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принцип двоичного кодирования 5 Все данные хранятся в двоичном коде. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua … проще устройства для хранения и обработки данных Троичная ЭВМ «Сетунь» (1959) Н.П. Брусенцов

6 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принцип адресности памяти 6 оперативная память состоит из отдельных битов группы соседних битов объединяется в ячейки каждая ячейка имеет свой адрес (номер) нумерация ячеек начинается с нуля за один раз можно прочитать или записать только целую ячейку

7 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принцип адресности памяти числа A B символычисла Первые ЭВМ (I и II поколения)III и IV поколения размеры ячеек: у первых ЭВМ – 36, 48, 60 битов сейчас – 8 битов

8 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Память с произвольным доступом 8 RAM = Random Access Memory чтение данных из ячеек и запись в них в произвольном порядке ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (оперативная память) ПЗУ – постоянное запоминающее устройство ROM = Read Only Memory содержит программное обеспечение для загрузки и тестирования компьютера запись запрещена

9 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Иерархическая организация памяти 9 Требования к памяти: большой объём высокая скорость доступа Эти требования противоречивы ! ! Использование несколько уровней памяти: внутренняя память (небольшой объём, высокое быстродействие) внешняя память (большой объём, низкое быстродействие) …

10 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принцип хранимой программы Фрагмент коммутационной панели IBM-557 Программа хранится в единой памяти вместе с данными ! ! Код программы хранится в ПЗУ или во внешней памяти и загружается в ОЗУ для решения задач. В гарвардской архитектуре есть отдельные области памяти для программ и данных!

11 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принцип программного управления 11 программа – это набор команд команды выполняются процессором автоматически в определённом порядке А как? ? Счётчик адреса команд – это регистр процессора, в котором хранится адрес следующей команды. IP (Instruction Pointer) в процессорах Intel

12 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Основной алгоритм работы процессора 12 1)выбрать команду 2)записать в счётчик команд адрес следующей команды 3)выполнить команду 4)перейти к п. 1 Что будет при включении компьютера? ? Начальный адрес может заноситься вручную (в первых ЭВМ) из ПЗУ, аппаратно (тестирование, потом передача управления загрузчику операционной системы)

13 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Что такое архитектура? 13 Архитектура компьютера – это общие принципы построения конкретного семейства компьютеров (PDP, ЕС ЭВМ, Apple, IBM PC, …). принципы построения системы команд и их кодирования форматы данных и особенности их машинного представления алгоритм выполнения команд программы способы доступа к памяти и внешним устройствам возможности изменения конфигурации оборудования К архитектуре НЕ относятся особенности конкретного компьютера: набор микросхем, тип жёсткого диска, ёмкость памяти, тактовая частота и т.д.

14 К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Устройство компьютера § 33. Магистрально-модульная организация компьютера 14

15 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Типы компьютеров 15 настольные (desktop) переносные (ноутбуки) нетбуки (нет привода DVD) моноблок

16 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Типы компьютеров 16 планшетные смартфоны и карманные персональные компьютеры (КПК)

17 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Типы компьютеров 17 суперкомпьютеры «Ломоносов»

18 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Взаимодействие устройств 18 устройства ввода КК внешняя память внешняя память процессор (АЛУ, УУ) процессор (АЛУ, УУ) внутренняя память внутренняя память К устройства вывода шина адреса шина данных шина управления Шина (или магистраль) – это группа линий связи для обмена данными между несколькими устройствами компьютера.

19 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Контроллеры 19 Контроллер это электронная схема для управления внешним устройством и простейшей предварительной обработки данных. устройство К шина адреса шина данных шина управления контроллер клавиатуры контроллер диска сетевая карта видеокарта

20 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Архитектура современных компьютеров 20 Магистрально-модульная архитектура: набор устройств (модулей) легко расширяется путём подключения к шине (магистрали). Принцип открытой архитектуры (IBM): спецификация на шину (детальное описание всех параметров) опубликована производители могут выпускать новые совместимые устройства на материнской плате есть стандартные разъёмы нужны драйвера (программы управления) для каждого устройства

21 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Обмен данными с внешними устройствами 21 Программно-управляемый обмен – все операции ввода и вывода предусмотрены в программе, их полностью выполняет процессор. простота не нужно дополнительное оборудование процессор долго ждёт медленные устройства Идея: пусть устройство само сообщит, что данные готовы (или оно готово к приёму данных)! !

22 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Обмен данными с внешними устройствами 22 Обмен по прерываниям – внешнее устройство передаёт процессору запрос на обслуживание (прерывание). процессор прерывает выполнение программы и … переходит на программу обработки прерывания и … возвращается к прерванной программе процессор не ждёт устройства всю работу выполняет процессор Контроллер прерываний – использует приоритет различных типов прерываний

23 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Обмен данными с внешними устройствами 23 Прямой доступ к памяти (ПДП) DMA = Direct Memory Access обмен данными выполняет внешнее устройство по команде центрального процессора. процессор готовит обмен: программирует контроллер ПДП контроллер ПДП пересылает данные процессор загружен минимально сложность (нужен контроллер ПДП)