Микропроцессор, его структура, и назначение. Запоминающие устройства ПК.

Устройство и принцип действия персонального компьютера

Устройство ЭВМ. В 1948 году барон Джон фон Нейман разработал принципы построения вычислительной машины. Согласно Нейману она должна состоять из следующих основных устройств:

1. АЛУ - арифметико-логическое устройство – для выполнения вычислительных операций.

2. УУ - устройство управления, управляет работой всех устройств ЭВМ, организует процесс выполнения программы.

3. ОЗУ – оперативное запоминающее устройство или Память – для хранения данных, программ и результатов их выполнения.

4. ВУ – внешние устройства (УВВ – устройства ввода-вывода – дисплей, клавиатура, принтер, сканер, мышь, ПЗУ – постоянное запоминающее устройство - винчестер и др.

Все устройства соединены тремя шинами: ША, ШД и ШУ – шины адресов, данных и управления (рис. 1.).

Принцип действия: Работа ЭВМ организуется по циклу "Выборка-Выполнение". Программа с помощью ВУ записывается в ОЗУ в последовательные ячейки. Затем УУ по ША находит первую ячейку, по ШД считывает первую команду (подцикл Выборка), после чего УУ соединяет между собой все устройства, необходимые для её выполнения и команда выполняется (подцикл Выполнение). Затем из следующей ячейки выбирается и выполняется следующая команда и т.д.. Таким образом организуется автоматическое выполнение программы.

Процессор состоит из 3-х основных частей – АЛУ, УУ и регистров (RG - являются сверхоперативным запоминающим устройством - памятью СОЗУ и служат для хранения исходных данных и внутренних промежуточных результатов; БР1,БР – буферные регистры, используются для ввода данных-операндов в АЛУ и регистр-аккумулятор, который получает результат из АЛУ и хранит его).

АЛУ соединено с регистром Сч.К – счётчиком команд, содержимое которого автоматически увеличивается на 1 после считывания предыдущей команды. ОЗУ не входит в состав МП.

Пр. Сложить операнды, расположенные в ячейках 0011 и 0100, результат поместить в яч. 0111. Команда Сложить записана в яч. 0000.

Команды в процессоре выполняются следующим образом: УУ с помощью ШУ подключается к адресной шине ША и из первой ячейки ОЗУ (0000) считывает команду Сложить, содержимое счётчика команд Сч.К увеличивается на 1, т.е. указывает адрес следующей команды. Согласно команде, УУ через ШУ подключает шину данных ШД к ячейке ОЗУ 0011 и к буферному регистру БР1, содержимое ячейки ОЗУ (т.е. первый операнд) по ШД переписывается в БР1. Далее, согласно команде, УУ аналогично подключает ШД к ячейке 0100 и к БР2 и второй операнд переписывается в буферный регистр БР2.На этом подцикл Выборка завершается. Затем УУ пересылает по ШУ в АЛУ код команды Сложить и содержимое БР1 и БР2 складывается в АЛУ в двоичном коде, результат автоматически передаётся в регистр-аккумулятор А. УУ по ШУ соединяет ШД с регистром А и ячейкой ОЗУ 0111 и результат выполнения команды (арифметическая сумма в двоичном коде) переписывается в яч. 0111 – подцикл Выполнение завершён.

Регистр Сч.К уже содержит адрес следующей команды (яч. 0001 ОЗУ), УУ по ША активизирует её, считывает новую команду и цикл повторяется.

Именно эти три блока дают им право называться компьютером. Если подсоединяется манипулятор Мышь, компьютер превращается в компьютерную систему, подключается принтер – получается компьютерная система с более развитым периферийным обеспечением (мультимедиа) и т.д.

Системный блок содержит материнскую плату, в которую вставляются все основные платы блока (процессор, ОЗУ, видеокарта, звуковая карта и др.), дисководы для дискет и компакт-дисков, винчестеры. К системному блоку через контроллеры (согласующие устройства) подсоединяются клавиатура, дисплей, мышь, принтер, сканер, модем, джойстик, телевизионный тюнер и др. Конструктивно системный блок может быть выполнен в горизонтальном (модель "Baby") и в вертикальном (модель "Tower") исполнениях.

Микропроцессор является "мозгом" кмпьютера, состоит из АЛУ, УУ и регистров, выполняет 10- 100 млн опер/сек в зависимости от тактовой частоты процессора (75, 100, 133, 166 МГц и т.д.). Самыми современными в настоящее время являются процессоры Pentium 5 и Pentium 6 и Celeron 1100, 1300 и др.

ОЗУ – в него переписываются все рабочие программы, при выключении питания ОЗУ очищается, а несохранённые данные теряются, именно с ОЗУ работает МП. Емкость современной оперативной памяти составляет 64, 128, 256, 512 Мб.

Контроллер (адаптер) – плата с электронной схемой, через которую выполняется управление внешними устройствами (мышь, клавиатура, принтер и др.)

Винчестер – Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), жесткий диск HDD для хранения программного обеспечения ЭВМ: программ DOS, Windows, приложений (MS Office, Autocard, MathCard и др.).При сохранении документа или программы они из ОЗУ переписываются в ПЗУ и при отключении питания компьютера не пропадают. Емкость современных винчестеров составляет 1-100 Гб. Винчестерам присвоены имена " C", "D", "Е" и т.д.

Дисковод – предназначен для работы с гибкими магнитными дисками (дискетами) FDD размером 3,5' (»9 см) емкостью 1,44 Мб, ему присвоено имя " А ". Имя дисковода "В" использовалось, когда применялись диски и дисководы на 5,25' (»15 см) емкостью до 1,2 Мб.

Монитор – устройство для вывода на экран информации, текстовой, графической и табличной. Основной тип современного монитора на кинескопе –SVGA, на жидких кристаллах – TFT. В графическом режиме разрешающая способность монитора составляет 1024*760 точек, 16-256 цветов, в текстовом – 80*25 символов, 16 цветов.

Размер точки экрана может изменяться от 0,25 до 0,38 мм и называется "пиксель"

Клавиатура является устройством ввода информации, содержит 98-104 клавиши, которые объединены в четыре блока:

1. Блок клавиш для ввода символов русского и латинского алфавитов и цифр 0-9, расположен в центральной части клавиатуры;

Вокруг центрального блока клавиш расположены служебные клавиши этого блока:

Tab – табуляция (перемещение курсора на 8 позиций, смена панелей в NC;

CapsLock – фиксатор верхнего регистра (прописных букв);

Enter – ввод команд и данных, перевод строки и др.

Ctrl, Аlt - изменяют назначение других клавиш, используются в сочетании с ними.

2. Блок функциональных клавиш F1-F12, предназначен для выполнения различных специальных действий

3. Блок клавиш управления курсором (в начало или конец файла, на экран вверх или вниз, на позицию влево-вправо, вверх-вниз, вставка, удаление);

4. Калькуляторный блок клавиш, предназначен для тех, кто привык работать на калькуляторе "слепым" методом. Эти клавиши дублируют функции клавиш управления курсором.

Основная память содержит оперативное ОЗУ (RAM - Random Access Memory - память с произвольным доступом) и постоянное ПЗУ (ROM - Read-Only Memory) запоминающие устройства.

ОЗУ - энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ней, теряется.

Оперативная память — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. С точки зрения физического принципа действия, различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Недостатки динамической памяти:

· запись данных происходит сравнительно медленно,

· требуется постоянная регенерация (подзарядка) ячеек оперативной памяти.

Регенерация осуществляется примерно каждые 2 миллисекунды и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы.

Ячейки статической памяти можно представить как электронные микроэлементы — триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.

Запоминающие элементы расположены на пересечении вертикальных и горизонтальных шин матрицы; запись и считывание информации осуществляются подачей электрических импульсов по тем шинам матрицы, которые соединены с элементами, принадлежащими выбранной ячейке памяти.

Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес. В настоящее время в процессорах Intel Pentium и некоторых других принята 32-разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 2³². Таким образом, в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 2³² = 4294967296 байт (4,3 Гбайт). Однако предельный размер поля оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно составляет несколько сот Мбайт.

Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных. Таким образом, адрес любой ячейки памяти можно выразить четырьмя байтами.

Сегодня минимальным считается размер оперативной памяти 64Мбайт, а обычными- 256 Мбайт.

Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате.

Конструктивно модули памяти имеют два исполнения:

§ однорядные (SIMM- модули - уже не выпускаются) и

В компьютерных системах на самых современных процессорах используются высокоскоростные модули Rambus DRAM (RIMM) и DDR DRAM.

Многие модели материнских плат имеют разъемы, как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя.

Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и время доступа.

Объем ОЗУ обычно составляет от 32 до 512 Мбайт. Для несложных административных задач бывает достаточно и 32 Мбайт ОЗУ, но сложные задачи компьютерного дизайна могут потребовать от 512 Мбайт до 2 Гбайт ОЗУ.

Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти. Время доступа измеряется в наносекундах, нс (1 нс=10^-9сек).

Для современных DIMM - модулей оно составляет 6-7нс.

С 2001 г. выпускаются модули памяти на 1 Гбайт и опытных образцов модулей на 2 Гбайта.

Постоянное запоминающее устройство также строится на основе установленных на материнской плате модулей и используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ операционной системы, программ тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов базовой системы ввода-вывода (BIOS - Basic Input-Output System) и др.

Из ПЗУ можно только считывать информацию, запись информации в ПЗУ выполняется вне ЭВМ в лабораторных условиях. Модули и кассеты ПЗУ имеют емкость, как правило, не превышающую нескольких сот килобайт.

ПЗУ - энергонезависимое запоминающее устройство.

CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.

Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается "сетап").

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: