Логическая архитектура персонального компьютера

 

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

 «Санкт-Петербургский государственный университет экономики и финансов»

Общеэкономический факультет. 
 
 
 
 
 
 

   Логическая  архитектура

     персонального компьютера.

   Реферат по информатике студента 1-го курса очной формы обучения Батум А. Ж. (группа №125) 
 
 
 
 
 
 
 

Руководитель

Кузьмина  Лидия Евгеньевна 
 

  Оглавление 

1. Введение            стр.3
2. Микропроцессор          стр.3
3. Интерфейсная система         стр.4
4. Память            стр.4
5. Контроллеры          стр.6
6. Порты            стр.6
7. Устройства ввода/вывода        стр.6

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Архитектура компьютера - это основная компоновка частей компьютера и связь между ними. При описании архитектуры компьютера определяется состав входящих в него компонентов, принципы их взаимодействия, а также их функции и характеристики.

Практически все  универсальные ЭВМ отражают классическую неймановскую архитектуру, представленную на схеме. Эта схема во многом характерна как для микро ЭВМ, так и  для мини ЭВМ и ЭВМ общего назначения.

Рассмотрим  устройства подробнее.

1. Микропроцессор (МП или CPU) – основная часть системной платы. Он управляет работой всех узлов ПК и программой, описывающей алгоритм решаемой задачи. МП имеет сложную структуру в виде электронных логических схем.
1. Компоненты МП:
• АЛУ    -    арифметико-логическое    устройство, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций над данными и адресами памяти;
• Регистры   или   микропроцессорная   память   — сверхоперативная память, работающая со скоростью процессора, АЛУ работает именно с ними;
• УУ - устройство управления - управление работой всех узлов МП посредством выработки и передачи другим его компонентам управляющих импульсов, поступающих от кварцевого тактового генератора, который при включении ПК начинает вибрировать с постоянной частотой (100 МГц, 200-400 МГц). Эти колебания и задают темп работы всей системной платы;
• СПр - система прерываний - специальный регистр, описывающий состояние МП, позволяющий прерывать работу МП в любой момент времени для немедленной обработки некоторого поступившего запроса, или постановки его в очередь; после обработки запроса СПр обеспечивает восстановление прерванного процесса;
• Устройство управления общей шиной — интерфейсная система.

 

2. Характеристики  процессора:
• Быстродействие (производительность, тактовая частота) — количество операций, выполняемых в секунду.
• Разрядность — максимальное количество разрядов двоичного числа, над которыми одновременно может выполняться машинная операция.

 

Для расширения возможностей ПК и повышения функциональных характеристик микропроцессора дополнительно может поставляться математический сопроцессор, служащий для расширения набора команд МП. Например, математический сопроцессор IBM-совместимых ПК расширяет возможности МП для вычислений с плавающей точкой; сопроцессор в локальных сетях (LAN-процессор) расширяет функции МП в локальных сетях.

2. Интерфейсная система - это:
• Шина управления (ШУ) - предназначена для передачи управляющий импульсов и синхронизации сигналов ко всем устройствам ПК;
• Шина адреса (ША) - предназначена для передачи кода адреса ячейки памяти или порта ввода/вывода внешнего устройства;
• Шина данных (ШД) - предназначена для параллельной передачи всех разрядов числового кода;
• Шина питания - для подключения всех блоков ПК к системе электропитания.

Интерфейсная  система обеспечивает три направления  передачи информации:

• Между МП и оперативной памятью;
• Между МП и портами ввода/вывода внешних устройств;
• между оперативной памятью и портами ввода/вывода внешних устройств. Обмен информацией между устройствами и системной шиной происходит с помощью кодов ASCII.

3. Память - устройство для хранения информации в виде данных и программ. Память делится, прежде всего, на внутреннюю (расположенную на системной плате) и внешнюю (размещенную на разнообразных внешних носителях информации).

    Внутренняя  память подразделяется на:

1. ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) или ROM (read only memory), которое содержит - постоянную информацию, сохраняемую даже при отключенном питании, которая служит для тестирования памяти и оборудования компьютера, начальной загрузки ПК при включении. Запись на специальную кассету ПЗУ происходит на заводе фирмы-изготовителя ПК и несет черты его индивидуальности. Объем ПЗУ относительно невелик - от 64 до 256 Кб.
2. ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, ОП — оперативная память) или RAM (random access memory), служит для оперативного хранения программ и данных, сохраняемых только на период работы ПК. Она энергозависима, при отключении питания информация теряется. ОП выделяется особыми функциями и спецификой доступа:
• ОП хранит не только данные, но и выполняемую программу;
• МП имеет возможность прямого доступа в ОП, минуя систему ввода/вывода.

Логическая организация  памяти — адресация, размещение данных определяется ПО, установленным на ПК, а именно ОС.

Объем ОП колеблется в пределах от 64 Кб до 64 Мб и выше, как правило, ОП имеет модульную  структуру и может расширяться  за счет добавления новых микросхем.

Кэш-память - имеет малое время доступа, служит для временного хранения промежуточных результатов и содержимого наиболее часто используемых ячеек ОП и регистров МП. Объем кэш-памяти зависит от модели ПК и составляет обычно 256 Кб.

 Внешняя память.

Устройства внешней  памяти весьма разнообразны. Предлагаемая классификация учитывает тип  носителя, т.е. материального объекта, способного хранить информацию.

1. Накопители на магнитной ленте.
2. Диски относятся к носителям информации с прямым доступом, т.е. ПК может обратиться к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию, непосредственно.
• НГМД – Носитель на гибком магнитном диске (дискете)
• НЖМД или «винчестеры» изготовлены из сплавов алюминия или из керамики и покрыты ферролаком, вместе с блоком магнитных головок помещены в герметически закрытый корпус. Емкость накопителей за счет чрезвычайно плотной записи достигает нескольких гигабайт, быстродействие также выше, чем у съемных дисков (за счет увеличения скорости вращения, т.к. диск жестко закреплен на оси вращения). Первая модель появилась на фирме IBM в 1973 г. Она имела емкость 16 Кб и 30 дорожек/30 секторов, что случайно совпало с калибром популярного ружья 30'730" «винчестер».
• Дисковые массивы RAID - применяются в машинах-серверах БД и в суперЭВМ, они представляют собой матрицу с резервируемыми независимыми дисками, несколько НЖМД объединены в один логический диск. Можно объединить до 48 физических дисков любой емкости, формирующих до 120 логических дисков (RAID7). Емкость таких дисков составляет до 5Т6 (терабайт=1012).
• НОД (накопители на оптических дисках). Делятся на не перезаписываемые лазерно-оптические диски или компакт-диски (CD-ROM) и перезаписываемые CD-диски, которые имеют возможность записывать информацию прямо с ПК, но для этого необходимо специальное устройство.
• Магнитооптические диски (ZIP) — запись на такой диск производится под высокой температурой намагничиванием активного слоя, а считывание — лучом лазера.

4. Контроллеры - служат для обеспечения прямой связи с ОП, минуя МП, они используются для устройств быстрого обмена данными с ОП - НГМД, НЖД, дисплей и др., обеспечения работы в групповом или сетевом режиме. Клавиатура, дисплей, мышь являются медленными устройствами, поэтому они связаны с системной платой контроллерами и имеют в ОП свои отведенные участки памяти.

5. Порты - бывают входными и выходными, универсальными (ввод - вывод), они служат для обеспечения обмена информацией ПК с внешними, не очень быстрыми устройствами. Информация, поступающая через порт, направляется в МП, а потом в ОП. Выделяют два вида портов:
• Последовательный — обеспечивает побитный обмен информацией, обычно к такому порту подключают модем;
• Параллельный — обеспечивает побайтный обмен информацией, к такому порту подключают принтер. Современные ПК обычно оборудованы 1 параллельным и 2 последовательными портами.
6. Устройства ввода/вывода
1. Видеомониторы — устройства, предназначенные для вывода информации от ПК пользователю. Мониторы бывают монохромные и цветные. Мониторы могут работать в текстовом и графическом режимах. Основные характеристики видеомониторов - разрешающая способность (от 600х350 до 1024х768 точек), число цветов (для цветных) -от 16 до 256, частота кадров фиксированная 60 Гц.
2. Принтеры — это устройства вывода данных из ЭВМ, преобразовывающие     информационные     ASCII-коды    в соответствующие им графические символы и фиксирующие эти символы на бумаге. Принтеры - наиболее развитая группа внешних устройств, насчитывается более 1000 модификаций. Принтеры бывают черно-белые или цветные по способу печати они делятся на:
• Матричные ;
• Струйные;
• Термографические ;
• Лазерные.
3. Сканеры - устройства ввода в ЭВМ информации непосредственно с бумажного документа. Можно вводить тексты, схемы, рисунки, графики, фотографии и другую информацию. Файл, создаваемый сканером в памяти ЭВМ называется битовой картой. Существует два формата представления графической информации в ЭВМ:

 

• Растровый;
• Текстовый;
• Планшетные;
• Роликовые;
• Проекционные.
4. Мышь — устройство для определения относительных координат (смещения относительно предыдущего положения или направления) движения руки оператора.
5. Джойстик — рычажный указатель - устройство для ввода направления движения руки оператора, их чаще используют для игр на компьютере;
6. Оцифровывающий планшет — устройство для точного ввода графической информации (чертежей, графиков, карт) в компьютер.
7. Клавиатура — устройство для ввода информации в память компьютера. Внутри расположена микросхема, клавиатура связана с системной платой, нажатие любой клавиши продуцирует сигнал (код символа в системе ASCII -16-ричный порядковый номер символа в таблице), в памяти ЭВМ специальная программа по коду восстанавливает внешний вид нажатого символа и передает его изображение на монитор.

Конкретный набор  компонент, входящих в данный компьютер, называется его конфигурацией. Минимальная  конфигурация ПК необходимая для  его работы включает в себя системный  блок (там находятся МП, ОП, ПЗУ, НЖМД, НГМД), клавиатуру (как устройство ввода  информации) и монитор (как устройство вывода информации).