Архитектура компьютера

Содержание

Понятие архитектуры ЭВМ

Архитектура — это описание устройства и принципов работы компьютера, достаточное для пользователя

память

мозг

органы чувств

речь

устройства памяти

процессор

устройства вывода

устройства ввода

Основные устройства ЭВМ

1. Устройство ввода служит для ввода информации в память ЭВМ (клавиатура, мышка)
2. Память служит для хранения информации (винчестер, флэшка)
3. АЛУ служит для выполнения арифметических и логических операций

4. Устройство вывода служит для вывода информации из памяти ЭВМ (монитор, принтер)

5.Устройство управления служит для управления согласованной работой всех устройств ЭВМ и для управления процессом решения задачи


Процессор = АЛУ+АЛУ+ вспомогательные устройства
Микропроцессор- это тот же процессор, конструктивно выполненный на одной БИС или СБИС.

Основные виды памяти

Внутренняя память находится на материнской плате.

Внешняя память находится вне материнской платы.

Основные виды памяти

1. ПЗУ служит для постоянного хранения информации (хранит программы управления работой ЭВМ)
У человека аналог этой память- наследственная память. После выключения ЭВМ информация в ПЗУ не стирается.

2. ОЗУ служит для временного хранения информации (хранит информацию о решении конкретных задач во время включения ЭВМ)
У человека аналог этой память- это память, хранящая информацию о житейском опыте человека. После выключения ЭВМ информация в ОЗУ стирается.

3. СОЗУ служит для мгновенного хранения информации (хранит ту команду, которую ЭВМ выполняет в данный момент)
У человека аналог этой память- это память «в одно ухо влетело, в другое вылетело». После выключения ЭВМ информация в СОЗУ стирается.

4. ВЗУ служит для временного хранения большого количества информации. После выключения ЭВМ информация в ВЗУ не стирается.

0 или 1

Двоичная
кодировка

Внутренняя память состоит из частиц – битов
В одном бите памяти хранится один бит информации

Байт памяти – наименьшая адресуемая часть внутренней памяти ( 1 байт = 8 бит )
Все байты пронумерованы, начиная от 0
Номер байта – адрес байта памяти
Процессор обращается к памяти по адресам

CD

DVD

Стриммеры

Дисководы

НМЖД

НГМД

USB Card Readers

Карты
памяти

Flash Drive USB
Накопители

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАМЯТИ

Емкость – максимальный объем информации, «вмещающийся» в различные устройства памяти;
Скорость обращения к информации;
Способ доступа к информации – прямой или последовательный;
Принцип записи-чтения- магнитный, оптический или электронный.

Американский математик фон Нейман в 1946 году сформулировал основные принципы устройства и работы ЭВМ:

данные

программы

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Модульность позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости её модернизацию.
К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации.

Функциональную схему компьютера можно представить следующим образом:

МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА

Магистрально-модульный принциппостроения компьютера

Магистраль (системная шина) – это набор электронных линий, связывающих воедино процессор, память и периферийные устройства.

Магистраль состоит их трех шин:
Шина данных (по ней будет передана необходимая информация);
Шина адреса (на ней устанавливается адрес требуемой ячейки памяти или устройства, с которым будет происходить обмен информацией.
Шина управления (регулирует весь процесс передачи

Такт - ?
Разрядность - ?
Быстродействие - ?
Пропускная способность шины = ?

Такт – промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств компьютера

Разрядность – количество битов данных, обрабатываемых за один такт.

Быстродействие устройства зависит от тактовой частоты обработки данных (МГц) и разрядности

Пропускная способность шины (бит/с) равна произведению разрядности шины и частоты шины:
ПСш = разрядность ∙ частота шины

Вид материнской платы

Материнская плата

Многие дополнительные устройства интегрированы в современные материнские платы: сетевая карта, модем, адаптер беспроводной сети, контроллер видеокамеры и др.
Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который содержит две основные схемы –
- Северный мост соединяет процессор и ОП
- Южный мост обеспечивает работу с внешними устройствами.

Чипсет

Северный мост служит для связи

с быстрыми устройствами: c оперативной памятью и видеокартой

Южный мост служит для связи

с медленными устройствами: c дисководами, с принтером, сканером, с клавиатурой, мышью и т.д.

Северный мост

Передача информации Северный мост Процессор:
Информация передаётся по системной шине, скорость передачи зависит от разрядности шины и частоты шины.
Например: 64бита * 1600Мгц=12,5Гб/с.
Передача информации Северный мост ОП:
Информация передаётся по шине памяти, пропускная способность этой шины совпадает со скоростью системной шины.

Южный мост

Шина SATA подключает жесткие диски, дисководы. Скорость передачи ≈ 300 Мб/с.
Шина USB подключает периферийные устройства – принтеры, сканеры, видеокамеры, фотокамеры, …
Шина USB может подключать одновременно до 127 устройств со скоростью ≈ 60 Мб/с.

Скорость работы компьютера

Скорость работы компьютера зависит от тактовой частоты и разрядности устройств ЦП, ОП, шин магистрали.
Например скорость ЦП 3,2 Ггц, Северный мост обменивается с ЦП за секунду 12,5 Гб, а с ОП обмен составляет 12,8 Гб за секунду.
Южный мост может иметь следующие цифры обмена данными:
Видео 32 Гб/сек, диски 300 Мб/сек, принтеры 60 Мб/сек.

Скорость работы компьютера

Скорость работы компьютера увеличивается за счет увеличения количества ядер процессора. Эти ядра позволяют выполнять параллельно несколько процессов.
Увеличение скорости работы процессора за счет увеличения частоты ведет к перегреву , соответственно появляется необходимость дополнительного охлаждения материнской платы.

Использован учебник Н.Д. Угриновича «Информатика и ИКТ 11» 2-е издание