Архитектура компьютера. Основные характеристики

1.

Архитектура
компьютера.
Основные
характеристики

2.

Архитектура персонального
компьютера
1
2
3
Магистральномодульный принцип
построения
компьютера.
Основные логические
узлы компьютера.
Устройства
материнской платы.

3.

Персональный компьютер (ПК)
Компьютер —
многофункциональное электронное
устройство, предназначенное для накопления,
обработки и передачи информации.
Основные логические узлы
компьютера:
центральный процессор (ЦП);
основная память;
внешняя память;
периферийные устройства.

4.

Персональный компьютер (ПК)
1980-е гг.
Микропроцессор

5.

Архитектура ПК
Архитектура ПК —
логическая организация, структура и ресурсы,
то есть средства вычислительной системы,
которые могут быть выделены процессу
обработки данных на определённый интервал
времени.

6.

Магистрально-модульный принцип
Центральный
процессор
Память
Видеопамять
данных
адреса
управления
Шина
К
…
К
К
…
К
К
…
К
Внешнее
Внешнее
Устройство
Устройство
Устройство
Устройство
запоминающее
запоминающее
ввода
ввода
вывода
вывода
устройство
устройство

7.

Магистрально-модульный принцип
Центральный
процессор
Память
Видеопамять
Системная шина
данных
адреса
управления
Шина
К
…
К
К
…
К
К
…
К
Внешнее
Внешнее
Устройство
Устройство
Устройство
Устройство
запоминающее
запоминающее
ввода
ввода
вывода
вывода
устройство
устройство

8.

Магистрально-модульный принцип
Центральный
процессор
Память
Видеопамять
данных
адреса
управления
Шина
К
…
К
К
…
К
К
…
К
Внешнее
Внешнее
Устройство
Устройство
Устройство
Устройство
запоминающее
запоминающее
ввода
ввода
вывода
вывода
устройство
устройство

9.

Магистрально-модульный принцип
Центральный
процессор
Память
Используется для
передачи данных к
функциональным
блокам
Видеопамять
данных
адреса
управления
Шина
К
…
К
К
…
К
К
…
К
Внешнее
Внешнее
Устройство
Устройство
Устройство
Устройство
запоминающее
запоминающее
ввода
ввода
вывода
вывода
устройство
устройство

10.

Магистрально-модульный принцип
Центральный
процессор
Память
Предназначена для
передачи адресов
устройств, которым
передаются данные
Видеопамять
данных
адреса
управления
Шина
К
…
К
К
…
К
К
…
К
Внешнее
Внешнее
Устройство
Устройство
Устройство
Устройство
запоминающее
запоминающее
ввода
ввода
вывода
вывода
устройство
устройство

11.

Магистрально-модульный принцип
Центральный
процессор
Память
Используется для
передачи управляющих
сигналов, которые
синхронизируют работу
устройств
Видеопамять
данных
адреса
управления
Шина
К
…
К
К
…
К
К
…
К
Внешнее
Внешнее
Устройство
Устройство
Устройство
Устройство
запоминающее
запоминающее
ввода
ввода
вывода
вывода
устройство
устройство

12.

Магистрально-модульный принцип
Центральный
процессор
Память
Передаёт все данные
от одного устройства к
другому
Видеопамять
данных
адреса
управления
Шина
К
…
К
К
…
К
К
…
К
Внешнее
Внешнее
Устройство
Устройство
Устройство
Устройство
запоминающее
запоминающее
ввода
ввода
вывода
вывода
устройство
устройство

13.

Магистрально-модульный принцип
Центральный
процессор
Память
Видеопамять
данных
адреса
управления
Шина
К
…
К
К
…
К
К
…
К
Внешнее
Внешнее
Устройство
Устройство
Устройство
Устройство
запоминающее
запоминающее
ввода
ввода
вывода
вывода
устройство
устройство

14.

Магистрально-модульный принцип
направление потоков информации
направление управляющих сигналов
Центральный
процессор
Память
Видеопамять
данных
адреса
управления
Шина
К
…
К
К
…
К
К
…
К
Внешнее
Внешнее
Устройство
Устройство
Устройство
Устройство
запоминающее
запоминающее
ввода
ввода
вывода
вывода
устройство
устройство

15.

Магистрально-модульный принцип
Центральный
процессор
Память
Принцип открытой
архитектуры –
подключение новых или
замена старых устройств.
Видеопамять
данных
адреса
управления
Шина
К
…
К
К
…
К
К
…
К
Внешнее
Внешнее
Устройство
Устройство
Устройство
Устройство
запоминающее
запоминающее
ввода
ввода
вывода
вывода
устройство
устройство

16.

Принцип открытой архитектуры
Драйвер —
Открытая архитектура ПК —
специальная программа ОС для управления
подключаемыми устройствами.
архитектура, предусматривающая модульное
построение компьютера с возможностью
добавления и замены отдельных устройств.

17.

Материнская плата
Материнская плата —
Дополнительные устройства
сложная многослойная печатная плата,
являющаяся основой построения
вычислительной системы.
В наше время такая необходимость отпала,
т. к. большинство дополнительных
устройств уже встроены в современные
материнские (системные) платы.

18.

Материнская плата
Материнская плата —
Основные (несъёмные) части:
сложная многослойная печатная плата,
являющаяся основой построения
вычислительной системы.
разъём процессора;
разъёмы оперативной памяти;
микросхемы чипсета;
загрузочное ПЗУ;
контроллеры шин и их слоты
расширения;
контроллеры и интерфейсы
периферийных устройств.

19.

Чипсет
Чипсет —
набор микросхем, который связывает память,
процессор, видеоадаптер, устройства
ввода/вывода и другие элементы ПК для
выполнения совместных функций.
Что это?
И где
находится?
Контроллерконцентратор
памяти (северный
мост)
Контроллерконцентратор
ввода/вывода
(южный мост)

20.

Схема архитектуры ПК
Процессор
Монитор
Проектор
Системная шина
Видеоплата
PCI Express
Жёсткие диски
CD-дисководы
DVD-дисководы
SATA
Северный
мост
Южный
мост
От параметров северного моста (тип,
частота, пропускная способность) зависят
параметры подключённых к нему
устройств.
Шина памяти
Оперативная память
USB
Принтер
Сканер
Цифровая фотокамера
Web-камера
Модем
Клавиатура
Мышь

21.

Схема архитектуры ПК
Процессор
Монитор
Проектор
Видеоплата
PCI Express
Северный
мост
Шина памяти
Оперативная память
USB
Принтер
Сканер
Цифровая фотокамера
Web-камера
Модем
Клавиатура
Мышь
Внутренняя шина
Жёсткие диски
CD-дисководы
DVD-дисководы
SATA
Южный
мост

22.

Схема архитектуры ПК
Процессор
Монитор
Проектор
Видеоплата
PCI Express
Жёсткие диски
CD-дисководы
DVD-дисководы
SATA
Северный
мост
Южный
мост
Шина памяти
Оперативная память
USB
Принтер
Сканер
Цифровая фотокамера
Web-камера
Модем
Клавиатура
Мышь

23.

Быстродействие устройств
Быстродействие устройства
Разрядность —
зависит от тактовой частоты обработки
данных (обычно измеряется в МГц) и
разрядности.
количество битов данных, обрабатываемых
за один такт.
Такт —
промежуток времени между подачами
электрических импульсов, которые
синхронизируют работу устройств
компьютера.

24.

Пропускная способность
Вывод:
Пропускная способность шины —
скорость передачи данных различных шин
будет также отличаться.
скорость передачи данных между
устройствами, которые она соединяет.
Формула вычисления пропускной способности (бит/с):
пропускная способность шины =
разрядность шины · частота шины
(бит)
(Гц, 1 ГЦ = 1 такт в секунду)
Процессор
Северный мост
Шина памяти
Оперативная память

25.

Пример
Пусть разрядность системной шины составляет 64 бита, а частота – 1 066 МГц.
Пропускная способность:
64 · 1 066 = 68 224 Мбит/с ≈ 66,6 Гбит/с ≈ 8 Гбайт/с
Процессор
Системная шина
Северный
мост

26.

Частота процессора
Тактовая частота процессора
Вывод:
показывает, сколько процессор может
произвести вычислений в единицу времени.
чем больше частота, тем больше операций в
единицу времени может выполнить
процессор.
Формула вычисления тактовой частоты:
тактовая частота = внешняя (базовая) частота · коэффициент
от 1 до 4 ГГц
Зависит от
характеристик
процессора

27.

Пример
Процессор Intel Core i7 920 использует частоту шины 133 МГц и множитель 20.
Найти тактовую частоту.
Тактовая частота:
133 · 20 = 2 660 МГц

28.

Схема архитектуры ПК
Процессор
Монитор
Частота шины памяти может быть
больше частоты системной шины.
Проектор
Видеоплата
PCI Express
Жёсткие диски
CD-дисководы
DVD-дисководы
SATA
Северный
мост
Южный
мост
Шина памяти
Оперативная память
USB
Принтер
Сканер
Цифровая фотокамера
Web-камера
Модем
Клавиатура
Мышь

29.

Схема архитектуры ПК
Процессор
Монитор
Проектор
Видеоплата
PCI Express
Жёсткие диски
CD-дисководы
DVD-дисководы
SATA
Северный
мост
Южный
мост
Шина памяти
Оперативная память
USB
Принтер
Сканер
Цифровая фотокамера
Web-камера
Модем
Клавиатура
Мышь

30.

Схема архитектуры ПК
Монитор
Проектор
Ускоренная шина
взаимодействия
периферийных устройств
Видеоплата
PCI Express
Жёсткие диски
CD-дисководы
DVD-дисководы
SATA
Процессор
Северный
мост
Южный
мост
Возрастает потребность в скорости
передачи данных от видеоплаты к
оперативной памяти.
Шина памяти
Оперативная память
USB
Принтер
Сканер
Цифровая фотокамера
Web-камера
Модем
Клавиатура
Мышь

31.

Схема архитектуры ПК
Процессор
Монитор
Проектор
Видеоплата
Аналоговый разъём VGA
или
цифровой разъём DVI
PCI Express
Жёсткие диски
CD-дисководы
DVD-дисководы
SATA
Северный
мост
Южный
мост
Шина памяти
Оперативная память
USB
Принтер
Сканер
Цифровая фотокамера
Web-камера
Модем
Клавиатура
Мышь

32.

Схема архитектуры ПК
Процессор
Монитор
Проектор
Видеоплата
PCI Express
Северный
мост
Шина памяти
Оперативная память
USB
Принтер
Сканер
Цифровая фотокамера
Web-камера
Модем
Клавиатура
Мышь
Последовательная
шина подключения
накопителей
Жёсткие диски
CD-дисководы
DVD-дисководы
SATA
Южный
мост

33.

Схема архитектуры ПК
Процессор
Монитор
Проектор
Видеоплата
PCI Express
Северный
мост
Шина памяти
Универсальная
последовательная
шина
Жёсткие диски
CD-дисководы
DVD-дисководы
SATA
Южный
мост
USB
Оперативная память
Принтер
Сканер
Цифровая фотокамера
Web-камера
Модем
Клавиатура
Мышь

34.

Схема архитектуры ПК
Процессор
Монитор
Проектор
Видеоплата
PCI Express
Северный
мост
Шина памяти
Оперативная память
Возможность подключения
до 127 периферийных
устройств одновременно
Жёсткие диски
CD-дисководы
DVD-дисководы
SATA
Южный
мост
USB
Принтер
Сканер
Цифровая фотокамера
Web-камера
Модем
Клавиатура
Мышь

35.

Процессор
При увеличении производительности процессора происходит увеличение
производительности компьютера.
Q ~ P ~ v2
Q – теплота, выделяемая процессором;
P – потребляемая мощность;
v2 – квадрат частоты.
Для увеличения производительности
процессора начали увеличивать количество
ядер процессора (арифметических логических
устройств).

36.

Двухъядерный микропроцессор
2005 г.
Такая архитектура позволяет производить на ПК параллельную обработку данных, что
существенно увеличивает его производительность.
Центральный
процессор
К
Центральный
процессор
Данные

37.

Многоядерные микропроцессоры
2
ядра
3
ядра
4
ядра
5
ядер
6
ядер
7
ядер
8
ядер

38.

Архитектура персонального
компьютера
Магистрально-модульный принцип

39.

Архитектура персонального
компьютера
Материнская плата —
Основные (несъёмные) части:
сложная многослойная печатная плата,
являющаяся основой построения
вычислительной системы.
разъём процессора;
разъёмы оперативной памяти;
микросхемы чипсета;
загрузочное ПЗУ;
контроллеры шин и их слоты
расширения;
контроллеры и интерфейсы
периферийных устройств.

40.

Архитектура персонального
компьютера
Схема архитектуры ПК