Архитектура компьютера. Технические средства реализации информационных процессов

1.

Король Александр Михайлович,
кафедра МИТ
Информатика
Технические средства реализации
информационных процессов

2.

Этапы развития вычислительной техники
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Историю совершенствования механизмов, облегчающих вычисления, можно разделить
на три основных этапа: механический этап, электромеханический этап, электронный этап.
1)
Механический:
регистрируются
механические
перемещения
элементов
конструкции. Так как при этом можно предусмотреть любое количество различимых
состояний, конструкции этого этапа ориентированы на десятичную систему счисления. В
истории развития этих механизмов можно выделить следующие подэтапы:
– простейшие ручные приспособления (период с IV тысячелетия до н.э). К ним
относятся палочки, счеты абак: глиняная пластинка с желобами, в которых определенным
образом раскладывались камешки, русские счеты: камешки нанизаны на проволоку;
– вычислительные устройства: арифмометры разных конструкций (с середины XVII
века). Первый удобный для расчетов арифмометр создал Блез Паскаль в 1642 году. Его
машина могла выполнять сложение и вычитание чисел с 6–8 разрядами и имела
небольшие габариты. Следующий этап в принципиальном усовершенствовании
арифмометров принадлежит Лейбницу. В 1673 году он представил машину, которая могла
выполнять четыре арифметических действия;
– автоматизация вычислений – механические устройства, работающие по заданной
программе. Идея разделения информации на команды и данные принадлежит Чарльзу
Бэббиджу, который в 1822 году представил машину, которая могла рассчитывать таблицы
не очень сложных функций. В механических арифмометрах использовался принцип
работы часового механизма: система взаимосвязанных зубчатых колес разного диаметра, в
которой поворот каждого колеса на один зубчик соответствовал изменению на единицу
определенного разряда числа.

3.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Этапы развития вычислительной техники
2) Электромеханический этап – в счетных устройствах используются
электромагнитные реле (первая половина XX века). Первая машина такого типа была
построена немецким инженером Конрадом Цузе в 1941году. В 1944 году появились машины
Марк-1, затем Марк-2, созданные американцем Говардом
Эйкеном. Эти машины
выполняли арифметические операции с 23-значными десятичными числами и работали
гораздо быстрее механических.

4.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Этапы развития вычислительной техники
3) Электронный этап – регистрируются не механические смещения, а состояния
элементов конструкции. При этом оказалось удобнее всего использовать не десятичную, а
двоичную систему счисления (включено/выключено, заряжено/разряжено, есть
контакт/нет контакта).
Первая машина такого типа, ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer),
была создана в США под руководством группы специалистов Говарда Эйкена, Дж. Моучли,
П. Эккерта и введена в эксплуатацию 15.02.1945 г.
В группу создателей входил выдающийся ученый
20 века Джон фон Нейман, который и
предложил основные принципы построения
ЭВМ: переход к двоичной системе счисления для
представления информации и принцип хранимой
программы. Программу вычислений
предлагалось помещать в запоминающем
устройстве ЭВМ, что обеспечивало бы
автоматический режим выполнения команд и,
как следствие, увеличение быстродействия ЭВМ.

5.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Этапы развития вычислительной техники
Одновременно над проектами ЭВМ работали в Англии и России, где первая ЭВМ,
получившая название МЭСМ (малая электронная счетная машина) была разработана в
1950 году, а первая большая ЭВМ - БЭСМ в 1952г. С этого момента началось бурное
развитие вычислительной техники. Можно выделить пять этапов в развитии электронных
вычислительных машин.
40-50 годы 20 века - первые ЭВМ в США и СССР;
50-60 годы 20 века - первые языки программирования;
60-70 годы 20 века - первые АСУ (автоматизированные системы управления), САПР
(средства автоматизации проектирования), ЕС ЭВМ;
70-80 годы 20 века - первые персональные компьютеры;
80-90 годы 20 века - массовое применение персональных компьютеров.

6.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Этапы развития вычислительной техники
По элементной базе выделяют 5 поколений ЭВМ (периоды указаны условно):
– первое поколение – на электровакуумных лампах (1945–1955 гг.);
– второе поколение – на транзисторах (1955–1965 гг.);
– третье поколение – на микросхемах. Разрабатываются семейства машин с единой
архитектурой, что приводит к программной совместимости, т. е. при появлении новой
марки ЭВМ отпала необходимость переписывать заново все программы, которые были
разработаны для предыдущей марки (1965–1970 гг.);
– четвертое поколение – на интегральных схемах. Это существенно увеличило скорость
работы, уменьшило энергоемкость, стоимость и габариты ЭВМ. Происходит переход к
персональным ЭВМ. Создаются многопроцессорные и многомашинные комплексы (с
1970г.);
– пятое поколение – суперкомпьютеры на больших интегральных схемах.
Используются магнитные, лазерные, голографические принципы различения состояний.
Машины этого поколения ориентированы на логическое программирование
(обслуживание экспертных систем, плохо формализованных задач).

7.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Принципы построения ЭВМ
Наличие заданного набора исполняемых команд и программ было характерной чертой
первых компьютерных систем.
Сегодня подобный дизайн применяют с целью упрощения конструкции
вычислительного устройства. Так, настольные калькуляторы, в принципе, являются
устройствами с фиксированным набором выполняемых программ.
Их можно использовать для математических расчётов, но невозможно применить для
обработки текста и компьютерных игр, для просмотра графических изображений или
видео.
Изменение встроенной программы для такого рода устройств требует практически
полной
их
переделки, и
в большинстве
случаев
невозможно.
Впрочем,
перепрограммирование ранних компьютерных систем всё-таки выполнялось, однако
требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации,
перекоммутации и перестройки блоков и устройств и т. п.
Всё изменила идея хранения компьютерных программ в общей памяти. Один и тот же
подход к рассмотрению данных и инструкций сделал лёгкой задачу изменения самих
программ.
В 1946 г. трое учёных Артур Бёркс, Герман Голдстайн и Джон фон Нейман
опубликовали статью «Предварительное рассмотрение логического конструирования
электронного вычислительного устройства». В статье обосновывалось использование
двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической
реализации, простота выполнения арифметических и логических операций – до этого
машины хранили данные в десятичном виде), выдвигалась идея использования общей
памяти для программы и данных.

8.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Принципы построения ЭВМ
Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы американским учёным
Джоном фон Нейманом в 40-х годах 20 века:
1. Любую ЭВМ образуют три основные компоненты: процессор, память и устройства
ввода-вывода (УВВ).
2. Информация, с которой работает ЭВМ делится на два типа:
- набор команд по обработке (программы);
- данные подлежащие обработке.
3. И команды, и данные вводятся в память (ОЗУ) – принцип хранимой программы.
4. Руководит обработкой процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает
команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство (АЛУ)
проводит арифметические и логические операции над данными.
5. С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ).

9.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Принципы построения ЭВМ
Принципы, изложенные в докладе Джона фон Неймана, используются в компьютерах
всех поколений, конечно с детализацией способов реального воплощения указанных
блоков и способов организации связей между ними.
В основу построения и работы практически всех компьютеров заложены общие
фундаментальные принципы. Формальная логическая организация компьютера была
впервые представлена им в «Предварительном докладе о машине EDVAC» в 1945 г.
Вот основные из принципов общего устройства компьютера:
1. Компьютер должен состоять из следующих основных устройств:
1.1 арифметико-логического устройства (АЛУ), выполняющего арифметические и
логические операции над данными;
1.2 центрального устройства управления (ЦУУ), которое организует процесс
автоматического выполнения программ;
1.3 оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) для хранения программ и данных;
1.4 внешнего запоминающего устройства (ВЗУ);
1.5 внешних устройств ввода-вывода информации (УВВ).
Такая организация получила название классической архитектуры фон Неймана.
2. Компьютер должен быть не механическим, а электронным.
3. Компьютер должен оперировать с двоичными числами при параллельной
организации вычислений.
4. Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов, которые
определяют смысл операции. Эти управляющие слова названы командами. Совокупность
команд, представляющая алгоритм решения задачи, называется программой.
5. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Команды от данных
отличаются месторасположением в памяти, но не способом кодирования.

10.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Принципы построения ЭВМ
Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистральномодульном принципе. Информационная связь между устройствами компьютера
осуществляется через системную шину (другое название - системная магистраль).
Шина - это кабель, состоящий из множества проводников. По одной группе
проводников - шине данных передаётся обрабатываемая информация, по другой - шине
адреса - адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья
часть магистрали - шина управления, по ней передаются управляющие сигналы
(например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и
др).
Системная
шина
(СШ)
характеризуется
тактовой
частотой
и
разрядностью.
Количество
одновременно
передаваемых
по
шине
бит
называется разрядностью шины. Тактовая частота характеризует число элементарных
операций по передаче данных в 1 секунду. Разрядность шины измеряется в битах, тактовая
частота – в мегагерцах.
Поскольку общение устройств осуществляется через СШ, то она может существенно
тормозить работу (например, если частота СШ значительно ниже тактовой частоты
процессора).
Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине
данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине. Это может быть адрес
ячейки памяти или адрес периферийного устройства. Необходимо, чтобы разрядность
шины позволила передать адрес ячейки памяти! Таким образом, словами разрядность
шины ограничивает объем оперативной памяти ЭВМ, он не может быть больше чем 2n, где
n – разрядность шины. Важно, чтобы производительности всех подсоединённых к шине
устройств были согласованы. Неразумно иметь быстрый процессор и медленную память
или быстрый процессор и память, но медленный винчестер.

11.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Системная шина

12.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Принципы построения ЭВМ
Шина данных (ШД) – передает данные между устройствами в любом направлении.
Разрядность ШД определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных
разрядов, которые могут обрабатываться процессором одновременно и варьируется от 8-ми
бит (сейчас не используется) до 64 -х бит.
Шина адреса (ША) – осуществляет выбор устройства или ячейки памяти, откуда (куда)
считываются данные. Каждое устройство (ячейка памяти) имеет свой адрес. ША является
однонаправленной, сигналы передаются от процессора к памяти и устройствам.
Разрядность ША определяется объемом адресуемой памяти.
Шина управления (ШУ) – передает сигналы, определяющие характер обмена
информацией, синхронизирует обмен информацией между устройствами (например,
считывание или запись информации из памяти).

13.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Принципы построения ЭВМ
Динамическая или оперативная память (ОП)
Динамическая память (оперативная) – предназначена для хранения информации во
время работы ПК. Для того что бы процессор мог выполнять программы, они должны
быть загружены в ОП.
Для обозначения динамической памяти используют следующую аббревиатуру DRAM
(Dynamic Random Access Memory) – память с произвольным доступом. DRAM является
очень дешевой, с простой организацией ячеек требующей регенерации.
Данный тип памяти обладает следующими недостатками:
1) Память на основе конденсаторов работает медленно, поскольку для того, чтобы
установить в единицу бит на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для
того, чтобы бит установить в 0, соответственно, разрядить. А зарядка или разрядка
конденсатора – достаточно длительная операция, даже если конденсатор имеет очень и
очень небольшие размеры.
2) Также основным недостатком ОП является время хранения данных. Временный
характер запоминания данных в ОП определяется не только наличием питания.
Запоминающим элементом динамической памяти является конденсатор, который
может находиться в заряженном или разряженном состоянии (1/0). Идеальный конденсатор
может хранить заряд неограниченное время.
В реальном же конденсаторе существует ток утечки, поэтому со временем информация
будет утрачена. Утечка информации происходит достаточно быстро. Всего каких -то 15
микросекунд. Для того чтобы компенсировать утечку заряда в конденсаторе его
необходимо постоянно обновлять.
Процесс постоянного обновления информации в памяти называется регенерацией.

14.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Принципы построения ЭВМ
Контроллер памяти каждые 15 мкс приостанавливает все операции с памятью для
регенерации ее содержимого. Эта операция – регенерация, работу с памятью не ускоряет
(данный тип памяти сравнивают с дырявым ведром, в которое постоянно нужно доливать
воду).
Поэтому, пользователю, работающему с большими массивами данных в течение
длительного времени, рекомендуют периодически сохранять промежуточные результаты
на внешнем носителе.
Именно по причине утечки заряда эта память получила красивое название динамической памяти, потому что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают»
динамически во времени.
Ячейки памяти организованы в матрицу состоящую из строк и столбцов. Полный
адрес ячейки данных включает адрес строки и адрес столбца. Матрица состоит из 32 строк
и 32 столбцов, т.е. из 1024 ячеек.
В зависимости от типа модуля динамической памяти 1 микросхема может включать 4,
8, 16 матриц ячеек памяти. Соответственно, для работы с памятью используется 4, 8, 16
шин чтения/записи, адреса и данных.
Под записью информации в память понимается размещение ее в ячейку по указанному
адресу. При этом предыдущая информация, находившаяся там, стирается. Вновь
записанная информация хранится до тех пор, пока в данную ячейку не будет записана
новая информация.
Под считыванием информации из памяти понимается выборка информации из ячейки
с указанным адресом. При этом копия передается из памяти в требуемое устройство, а сама
информация остается в ячейке. Таким образом, можно обращаться к ячейке для чтения
сколько угодно раз.

15.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Принципы построения ЭВМ
Статическая или КЭШ – память
Статическая память при включенном питании надежно хранит записанные данные,
имеет малое время доступа, потребляет мизерный ток, но емкость ее микросхем
ограничена.
SRAM (Static RAM) – статическая память с произвольным доступом основанная на
триггерах. Является самой быстрой и дорогой памятью (переключение состояния триггера
происходит очень быстро). Используется там где требуется максимальная
производительность (процессор, винчестер). Еще ее называют Cache –памятью.
Достоинство построения памяти на триггерах заключается в том, что достаточно на
триггер послать сигнал (0 или 1), чтобы переключить его состояние, и в этом новом
состоянии триггер будет находиться бесконечно долго. То есть триггер хранит разряд
неизменно, статично.
Но за все нужно платить. В данном случае эту фразу следует понимать буквально.
Триггеры занимают больше места на кремниевой подложке. Это заставило изобретателей
изобрести более экономичную память, как по стоимости, так и по компактности.
Поэтому был изобретен следующий вид памяти ПЗУ.

16.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Принципы построения ЭВМ
Энергонезависимая память или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
Используется для хранения кода BIOS и конфигурации периферийных устройств
(BIOS -базовая система ввода/вывода). В ней хранятся программы, постоянно необходимые
для работы ПК.
Особенности ПЗУ:
1. Быстродействующая память только для чтения;
2. При выключении ПК из сети информация в ПЗУ сохраняется.
Flash – память используется в сотовых, принтерах, факсах, сетевом оборудовании.
BIOS - базовая система ввода / вывода, которая содержит набор основных функций
управления стандартными внешними устройствами компьютера. Представляет собой
элемент памяти емкостью 64 Кбайта.
BIOS выполняет три основных функции:
1. Предоставляет ОС аппаратные драйверы и осуществляет взаимодействие между
материнской платой и остальными средствами компьютера;
2. Содержит тестовую программу проверки системы, которая при включении ПК
проверяет все важнейшие компоненты;
3. Содержит программу CMOS Setup для установки параметров BIOS аппаратной
конфигурации ПК.
Программа CMOS Setup отвечает за стандартные установки аппаратных компонентов,
определение оперативной памяти, установку времени и даты и т.п.
Для того чтобы войти в программу CMOS Setup необходимо нажать клавишу DEL
(чаще всего), в момент загрузки компьютера (если вы не знаете, что в ней менять и какие
параметры за что отвечают, то лучше никаких изменений в ней не производить).
Для того чтобы данные из BIOS, внесенные пользователем, не были потеряны,
используется специальная аккумуляторная батарея, которая устанавливается на
материнскую плату.

17.

Принципы построения ЭВМ
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Ниже представлена схема устройства компьютера, построенного по магистральному
принципу:
В современных ЭВМ реализован принцип открытой архитектуры, позволяющий
пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и
производить при необходимости её модернизацию. Конфигурацией компьютера называют
фактический набор компонентов ЭВМ, которые составляют компьютер. Принцип
открытой архитектуры позволяет менять состав устройств ЭВМ. К информационной
магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели
устройств могут заменяться на другие.
Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали на физическом
уровне осуществляется через специальный блок (специальная электронная схема) контроллер (другие названия - адаптер, плата, карта). Для установки контроллеров на
материнской плате имеются специальные разъёмы - слоты.

18.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Принципы построения ЭВМ
Программное управление работой периферийного устройства производится через
программу - драйвер, которая является компонентой операционной системы. Так как
существует огромное количество разнообразных устройств, которые могут быть
установлены в компьютер, то обычно к каждому устройству поставляется драйвер,
взаимодействующий непосредственно с этим устройством.
Связь компьютера с внешними устройствами осуществляется через порты –
специальные
разъёмы
на
задней
панели
компьютера.
Различают последовательные и параллельные порты. Последовательные (COM – порты)
служат для подключения манипуляторов, модема и передают небольшие объёмы
информации на большие расстояния. Параллельные (LPT - порты) служат для
подключения принтеров, сканеров и передают большие объёмы информации на небольшие
расстояния.
В последнее время широкое распространение получили последовательные
универсальные порты (USB), к которым можно подключать различные устройства.
Минимальная конфигурация компьютера включает в себя: системный блок, монитор,
клавиатуру и мышь.

19.

Состав и назначение основных элементов ПК
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Состав системного блока
Системный блок – основная часть компьютера. Он состоит из металлического корпуса,
в котором располагаются основные компоненты компьютера. С ним соединены кабелями
клавиатура, мышь и монитор. Внутри системного блока расположены:
микропроцессор, который выполняет все поступающие команды, производит
вычисления и управляет работой всех компонентов компьютера;
оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;
системная шина, осуществляющая информационную связь между устройствами
компьютера;
материнская плата, на которой находятся микропроцессор, системная шина,
оперативная память, коммуникационные разъемы, микросхемы управления различными
компонентами компьютера, счётчик времени, системы индикации и защиты;
блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого
напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
вентиляторы для охлаждения греющихся элементов;
устройства внешней памяти, к которым относятся накопители на гибких и жестких
магнитных дисках, дисковод для компакт-дисков СD-ROM, предназначенные для
длительного хранения информации.
Аппаратной основой системного блока является материнская плата - самостоятельный
элемент, который управляет внутренними связями и с помощью системы прерываний
взаимодействует с внешними устройствами. На материнской плате расположены все
важнейшие микросхемы.

20.

Состав и назначение основных элементов ПК
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Персональные компьютеры делятся на стационарные и портативные.
Стационарные обычно устанавливаются рабочем столе.
Портативные компьютеры делятся на следующие категории:
переносные (portable), которые имеют небольшую массу и габариты и поддаются
транспортировке одним человеком;
наколенные (laptop), выполненные в виде дипломата;
блокнотные (notebook), имеющие габариты большого блокнота;
карманные (pocket), которые помещаются в карман.
В соответствии с вышеприведенной классификацией, системные блоки могут иметь
следующие типы корпусов:

21.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Состав и назначение основных элементов ПК
Центральный процессор
Центральный процессор - это центральное устройство компьютера, которое выполняет
операции по обработке данных и управляет периферийными устройствами компьютера.
У компьютеров четвёртого поколения и старше функции центрального процессора
выполняет микропроцессор на основе БИС, содержащей несколько миллионов элементов,
конструктивно созданный на полупроводниковом кристалле путём применения сложной
микроэлектронной технологии.
В состав центрального процессора входят:
- устройство управления (УУ);
- арифметико-логическое устройство (АЛУ);
- запоминающее устройство (ЗУ) на основе регистров процессорной памяти и кэшпамяти процессора;
- генератор тактовой частоты (ГТЧ).
Устройство управления УУ организует процесс выполнения программ и координирует
взаимодействие всех устройств ЭВМ во время её работы.
Арифметико-логическое устройство АЛУ выполняет арифметические и логические
операции над данными: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и др.
Запоминающее устройство - это внутренняя память процессора. Регистры служит
промежуточной быстрой памятью, используя которые, процессор выполняет расчёты и
сохраняет промежуточные результаты. Для ускорения работы с оперативной памятью
используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из
оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций.
Генератор тактовой частоты генерирует электрические импульсы, синхронизирующие
работу всех узлов компьютера. В ритме ГТЧ работает центральный процессор.

22.

ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Состав и назначение основных элементов ПК
Центральный процессор
К основным характеристикам процессора относятся:
- Быстродействие (вычислительная мощность) – это среднее число операций
процессора в секунду.
Тактовая частота в МГц. Тактовая равна количеству тактов в секунду. Такт - это
промежуток времени между началом подачи текущего импульса ГТЧ и началом подачи
следующего. Характерные тактовые частоты микропроцессоров: 40 МГц, 66 МГц, 100
МГц, 130 МГц, 166 МГц, 200 МГц, 333 МГц, 400 МГц, 600 МГц, 800 МГц, 1000 МГц и т. д.
До 3ГГц Тактовая частота отражает уровень промышленной технологии, по которой
изготавливался данный процессор. Она также характеризирует и компьютер, поэтому по
названию модели микропроцессора можно составить достаточно полное представление о
том, к какому классу принадлежит компьютер. Поэтому часто компьютерам дают имена
микропроцессоров, входящих в их состав. Ниже приведены названия наиболее массовых
процессоров, выпущенных фирмой Intel и годы их создания: 8080 (1974 г.), 80286 (1982 г.),
80386DX (1985 г.), 80486DX (1989 г.), 80586 или Pentium (1993 г.), PentiumPro (1995 г.),
Pentium II (1997 г.), Pentium III (1999 г.), Pentium IV (2001 г.). Как видно, увеличение
частоты – одна из основных тенденций развития микропроцессоров. На рынке массовых
компьютеров лидирующее место среди производителей процессоров занимают 2 фирмы:
Intel и AMD. За ними закрепилось базовое название, переходящее от модели к модели. У
Intel – это Pentium и модель с урезанной кэш-памятью PentiumCeleron; у AMD – это Athlon
и модель с урезанной кэш-памятью Duron.
Разрядность процессора - это максимальное количество бит информации, которые
могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора
определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные.
Например, если регистр имеет разрядность 2 байта, то разрядность процессора равна 16
(2x8); если 4 байта, то 32; если 8 байтов, то 64.

23.

Состав и назначение основных элементов ПК
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Центральный процессор
Для пользователей процессор интересен прежде всего своей системой команд и
скоростью их выполнения. Система команд процессора представляет собой набор
отдельных операций, которые может выполнить процессор данного типа. Разные модели
микропроцессоров выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Чем выше
модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения
одних и тех же операций.
Для математических вычислений к основному микропроцессору добавляют
математический сопроцессор. Начиная с модели 80486DX процессор и сопроцессор
выполняют на одном кристалле.

24.

Состав и назначение основных элементов ПК
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Центральный процессор
Триггер, разряд – электронная схема для хранения одной двоичной цифры
Регистр — последовательное или параллельное логическое устройство, используемое
для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.

25.

Состав и назначение основных элементов ПК
Память
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Оперативная (ОЗУ): энергозависимая. Тип памяти: RAM
Кэш-память: энергозависимая
Постоянная память (ПЗУ): энергонезависимая, предназначена для хранения BIOS
CMOS RAM: энергонезависимая, энергопотребление обеспечивается внутренней
батарейкой. Используется для хранения информации о конфигурации и составе
оборудования компьютера, а также о режимах его работы

26.

Состав и назначение основных элементов ПК
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Память
Видеопамять (VRAM): энергозависимая,
предназначена для хранения закодированных
изображений
Виды внешней памяти (ВЗУ)
Жесткий диск HDD: Hard Disk Drive (винчестер)
Стримеры – накопители на магнитных лентах,
используются для резервного копирования
больших объемов информации
USB накопитель: энергонезависимая,
перепрограммируемая постоянная память

27.

Состав и назначение основных элементов ПК
Приводы для внешней памяти
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Приводы для гибких магнитных дисков (флоппи-дисков)
Приводы для оптических дисков (СD-ROM, DVD-ROM)
Перфокарты – карточки из плотной бумаги и перфоленты – катушки с бумажной
лентой, на которых информация кодируется путем пробивания (перфорирования)
отверстий. Для считывания данных применяются устройства последовательного доступа.
В настоящее время данные устройства морально устарели и не применяются.
Различные виды памяти имеют свои достоинства и недостатки. Так, внутренняя
память имеет хорошее быстродействие, но ограниченный объем. Внешняя память,
наоборот, имеет низкое быстродействие, но неограниченный объем. Производителям и
пользователям компьютеров приходится искать компромисс между объемом памяти,
скоростью доступа и ценой компьютера, так комбинируя разные виды памяти, чтобы
компьютер работал оптимально. В любом случае, объем оперативной памяти является
основной характеристикой ЭВМ и определяет производительность компьютера.

28.

Состав и назначение основных элементов ПК
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Устройства ввода-вывода
Компьютер обменивается информацией с внешним миром с помощью периферийных
устройств.
Только благодаря периферийным устройствам человек может взаимодействовать с
компьютером, а также со всеми подключенными к нему устройствами. Любое
подключенное периферийное устройство в каждый момент времени может быть или занято
выполнением порученной ему работы или пребывать в ожидании нового задания.
Влияние скорости работы периферийных устройств на эффективность работы с
компьютером не меньше, чем скорость работы его центрального процессора. Скорость
работы внешних устройств от быстродействия процессора не зависит.
Наиболее распространенные периферийные устройства приведены на рисунке:

29.

Состав и назначение основных элементов ПК
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Устройства ввода-вывода
Клавиатура
Манипулятор мышь
Сканер
Дигитайзер (графический планшет)
Манипулятор Джойстик
Манипулятор пенмаус
Манипулятор трэкбол

30.

Состав и назначение основных элементов ПК
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Устройства ввода-вывода
Цифровые видеокамера и фотоаппарат
Микрофон
Адаптер для соединения
блоков компьютера с
разными способами
представления
информации
Монитор
Принтеры – матричные,
струйные, лазерные

31.

Состав и назначение основных элементов ПК
ТИХООКЕАНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Устройства ввода-вывода
Плоттер (графопостроитель)
Акустические колонки