Архитектура современной вычислительной техники

1.

Учебный курс
«ИНФОРМАТИКА»
Преподаватель:
ст. преп. Зуева Екатерина Александровна

2.

Архитектура современной
вычислительной техники
Лекция 3

3.

Архитектура современной
вычислительной техники
1.
2.
3.
4.
Классификация ЭВМ.
Поколения ЭВМ.
Аппаратная конфигурация ПК.
Структура ЭВМ.

4.

Классификация
ЭВМ

5.

Классификация ЭВМ
По принципу действия: форма представления
информации, с которой они работают.
Цифровые
вычислительные
машины
(ВМ)
дискретного действия; работают с информацией,
представленной в дискретной, а точнее в цифровой
форме.
Аналоговые ВМ - вычислительные машины
непрерывного действия; работают с информацией,
представленной в непрерывной (аналоговой) форме.
По назначению
Универсальные,
проблемно-ориентированные,
специализированные.

6.

Классификация ЭВМ
По этапам создания
Разделение ЭВМ на поколения условно, так как
поколения
сменялись
постепенно,
поэтому
временные границы между поколениями размыты.
Поколения ЭВМ разделяют в зависимости от
физических
элементов
или
технологии
их
изготовления, используемые при построении ЭВМ.
При сравнении быстродействия ЭВМ под операцией
понимают операцию над числами с плавающей
точкой.

7.

ИСТОРИЯ и ЭТАПЫ
РАЗВИТИЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ
ТЕХНИКИ

8.

Этапы развития
вычислительной
техники

9.

Периоды и поколения
Эволюция вычислительной техники
Домеханический период
Механический период
Электромеханический период
Электронный период
I поколение
II поколение
III поколение
IV поколение
Эпоха персональных компьютеров
Эпоха глобальных сетей

10.

Домеханический период

11.

Кипу - узелки для запоминания численной
информации у индейцев – инков.
Бирки - долговые расписки у многих народов
(они разрезались, и одна половинка оставалась
у должника, а другая – у кредитора).
Просуществовали до XVII века.

12.

ОТ ПАЛЬЦЕВ ДО АБАКА
Счет на пальцах самый древний
наиболее простой способ вычисления.
и
Чтобы сделать процесс счета более удобным,
первобытный человек начал использовать
вместо
пальцев
небольшие
камни.
Он
складывал из камней пирамиду и определял,
сколько в ней камней, но если число велико, то
подсчитать количество камней на глаз трудно.
Поэтому он стал складывать из камней более
мелкие пирамиды одинаковой величины, а из-за
того, что на руках десять пальцев, то пирамиду
составляли именно десять камней.

13.

счет на счетах
Следующим
шагом
было
создание
древнейших из известных счетов –
"саламинская доска" по имени острова
Саламин в Эгейском море – которые у греков
и в Западной Европе назывались "абак", у
китайцев –
"суан - пан", у японцев –
"серобян". Вычисления на них проводились
путем перемещения счетных костей и
камешков
(калькулей)
в
полосковых
углублениях досок из бронзы, камня,
слоновой кости, цветного стекла. Эти счеты
сохранились до эпохи Возрождения, а в
видоизмененном виде сначала как "дощатый
щот" и как русские счеты до настоящего
времени.

14.

счет на абаках
Абак
—
первое
механическое
вычислительное
устройство
на
основе
примитивных
каменных
«процессоров»
—
счетных камней, размешавшихся на разряженных
линейках. Каждая линейка имела значение на
порядок большее, чем ее соседка снизу: камешек
в первой линейке обозначал 1, во второй — 10, в
третьей — уже 100. Линеек было много возможностей абака хватало купцам для подсчета
даже
крупнооптовых
партий
товара.

15.

Абак – вершина домеханического этапа. Появился
впервые
около
3000
лет
назад.
Западноевропейский абак пятеричный, в отличие
от русских счетов (десятеричных). А грузинские
счеты – двадцатеричные. Грузины изначально
использовали для счета пальцы и рук, и ног, так
как ходили в открытых сандалиях и пальцы ног
были доступны для счета, в отличие от северных
народов.

16.

Абак и счеты сегодня
Он прекрасный помощник при заучивании
таблицы
умножения,
наиболее
нелюбимого занятия для маленьких
детей.
Абак является прекрасным средством
при
изучении
различных
систем
счисления, так как легко адаптируется под
разные основания. Он незаменим при
обучении счету слепых детей.
Чтобы считать на нем не нужны
батарейки

17.

После изобретения абака в мире настала
новая полоса спокойствия — почти на шесть
тысячелетий. За это время появились тысячи
разновидностей абаков — от стационарных до
портативных, которые можно было легко и
изящно носить в кармане камзола. Абаки
делали из железа, золота и серебра...
Своим особым путем, как всегда, пошла
Россия,
создавшая
собственную,
не
совместимую
с
остальными,
модель
деревянного
абака,
названную
счетами.

18.

Палочки Непера
Первым устройством для выполнения
умножения был набор деревянных брусков,
известных как палочки Непера. Они были
изобретены шотландцем Джоном Непером
(1550-1617гг.). На таком наборе из деревянных
брусков была размещена таблица умножения.
Кроме того, Джон Непер изобрел логарифмы.

19.

Первую же логарифмическую линейку
создал уже после смерти Непера англичанин
Роберт Биссакар, а ее потомками мы
пользуемся и сегодня. Вычисления с
помощью
логарифмической
линейки
производятся
просто,
быстро,
но
приближенно. И, следовательно, она не
годится для точных, например финансовых,
расчетов.

20.

На смену «пальцевому двигателю» уже
шли
первые
механические
считающие
устройства на основе зубчатых колес. Эти
устройства были способны выполнять уже не
два, а четыре арифметических действия и
назывались
арифмометрами.

21.

Механический
период

22.

Общая история
Эскиз
механического
13тиразрядного
суммирующего
устройства с десятью
колесами
был
разработан Леонардо
да Винчи (1452-1519).
По этим чертежам в
наши дни фирма IBM в
целях
рекламы
построила
работоспособную
машину.

23.

Чертеж суммирующей машины Леонардо да
Винчи из так называемого Мадридского Кодекса,
обнаруженного в Национальном Мадридском
музее в 1967 г.
Сам кодекс датируется примерно 1500 годом.

24.

Современная реконструкция
суммирующей машины Леонардо да Винчи.
Экспонируется в музее IBM. Используется
образовательных целях.
в

25.

Неизвестно, была ли эта машина реализована.
Неизвестно, знал ли о ней кто-либо, кроме самого
автора.
Она не оказала никакого влияния на развитие
средств обработки численной информации, но
приоритет в области разработки механических
вычислителей – за Леонардо.
Реконструированная модель умеет производить
сложение и вычитание.

26.

Механический калькулятор
Вильгельма Шиккарда
1-ая
механическая
счетная машина (1623
г.) - автор профессор
математик Шиккард,
позволявшая
производить все 4
действия
арифметики.
Оставалась
неизвестной
в
течение 300 лет.
Реконструирована в
1960 году.

27.

Машина Блеза Паскаля =
Паскалина
Считается,
что
первую
механическую
машину, которая могла выполнять сложение и
вычитание изобрел в 1646г. молодой 18-летний
французский математик и физик Блез Паскаль.
Она называется "паскалина".
Формой своей машина напоминала длинный
сундучок. Она была достаточно громоздка,
имела несколько специальных рукояток, при
помощи которых осуществлялось управление,
имела ряд маленьких колес с зубьями. Первое
колесо считало единицы, второе - десятки,
третье - сотни и т.д. Сложение в машине Паскаля
производится вращением колес вперед. Двигая
их обратно, выполняется вычитание.

28.

Паскалина – суммирующая машина Блеза
Паскаля. 1642 г. Механизирован процесс переноса
разрядов – с помощью длинного зуба на зубчатом
колесе, который при полном обороте зацеплял
колесо старшего разряда и проворачивал его на
одно деление. Умела только складывать числа.
Вычитание
выполнялось
как
сложение
с
дополнительным
числом.
Этот
принцип
выполнения вычитания используется во всех
современных компьютерах.

29.

Машина Готфрида Лейбница
Машина,
которая
могла
выполнять
умножение и деление изобрел в 1671 г. немец
Готфрид Лейбниц.
Она
была
похожа
на
"Паскалину", имела движущуюся часть и ручку,
которая крутила специальное колесо - механизм
ускорял повторяющиеся операции сложения,
необходимые для умножения. Повторение
осуществлялось автоматически.

30.

Устройство арифмометра Лейбница
Ступенчатый валик Лейбница
Механизм ввода одного разряда числа в
арифмометре Лейбница

31.

Арифмометр Лейбница

32.

Следующее
открытие
–
колесо
Однера,
изобретение петербургского механика Вильгорда
Однера. Колесо Однера с выдвижными зубьями
заменило ступенчатый валик Лейбница в
качестве
процессора
арифмометра.
Арифмометры на основе ступенчатого валика
называются томас-машинами. Арифмометры на
основе колеса Однера называются однермашинами. Долгое время они существовали
вместе; у каждого типа были свои достоинства –
томас-машины были более надежны, однермашины – более компактны и легки в
управлении.
Постепенно
однер-машины
вытеснили томас-машины, чтобы, в свою
очередь, быть вытесненными электронными
калькуляторами и компьютерами.

33.

Арифмометр Томаса
Построен по принципу ступенчатого валика,
предложенного
Лейбницем.
Первый
промышленно выпускаемый арифмометр. 1822 г.
Родоначальник так называемых томас-машин.

34.

В 1880г. В.Т. Однер создает в России
арифмометр с
зубчаткой с
переменным
количеством зубцов, а в 1890 году налаживает
массовый
выпуск
усовершенствованных
арифмометров, которые в первой четверти 19ого века были основными математическими
машинами, нашедшими применение во всем
мире. Их модернизация "Феликс" выпускалась в
СССР до 50-х годов.

35.

Колесо Однера
Модель колеса Однера. Московский Политехнический
музей.

36.

Арифмометр Однера

37.

Знаменитый арифмометр «Феликс»
Непременная принадлежность каждой конторы
вплоть до 70-х годов XX века. Разновидность
однер-машины.
Был
вытеснен
только
электронными калькуляторами.

38.

Вершина механического этапа развития
средств обработки численной инфорции
Арифмометр.
А
это
уже
не
конторский «Феликс»,
а одна из дорогих и
сложных
моделей.
Когда-то
он
был
столь же незаменим,
как
сейчас
компьютер.
Выполнял 4 действия
арифметики.
Использовался
в
научных
и
технических
расчетах.

39.

Арифмометр Берроуза – шаг к
электромеханическим устройствам
Действия на этом
арифмометре
можно
было
выполнять,
как
крутя
рукоятку
вручную, так и с
помощью
электромотора.
Клавишный ввод.
Первый кассовый
аппарат.

40.

Арифмометр «Брунсвига»
В 1893 году производство арифмометров В.Т.
Однера под маркой «Брунсвига» организовала
немецкая фирма. При участии инженера и
предпринимателя Ф. Тринкса было разработано 15
моделей этого арифмометра, которые выпускались
до конца 1930-х годов. В России они пользовались
спросом,
приобретались
частными
лицами,
банками, счетоводческими курсами. Компактно.

41.

Электромеханический
период

42.

Перфокарты Жаккара
Французский ткач и механик Жозеф Жаккар
создал первый образец машины, управляемой
введением в нее информацией. В 1802 г. он
построил машину, которая облегчила процесс
производства тканей со сложным узором. При
изготовлении такой ткани нужно поднять или
опустить каждую из ряда нитей. Для задания
узора на ткани Жаккар использовал ряды
отверстий на картах. Если применялось десять
нитей,
то
в
каждом
ряду
карты
предусматривалось
место
для
десяти
отверстий. Карта закреплялась на станке в
устройстве, которое могло обнаруживать
отверстия на карте.

43.

Перфокарты Жаккара
Перфокарты
исключительно
широко
использовались на ЭВМ I-го, II-го и частично III-го
поколения для ввода информации и для вывода
промежуточных
данных
(которые
затем
использовались в последующих расчетах). В 60-е
годы перфокарта была просто знаковым
символом вычислительной техники.

44.

Разностная машина
Чарльза Бэббидж
В 1822 г. англичанин Чарльз Бэббидж
построил счетное устройство, которое
назвал разностной машиной. В эту машину
вводилась информация на картах. Для
выполнения ряда математических операций
в машине применялись цифровые колеса с
зубьями. Десять лет спустя Бэббидж
спроектировал другое счетное устройство,
гораздо более совершенное, которое назвал
аналитической машиной.

45.

Чарльз Бэббидж
Вычислитель
Бэббиджа

46.

Каретка дифференциальной машины Беббиджа
Каретка – механизм умножения на 10, или сдвига
разрядов. Впервые появилась в арифмометре
Лейбница.

47.

Современная реконструкция
машины Беббиджа
секции разностной

48.

Ада Байрон, леди Лавлейс, дочь поэта
Байрона, первая
женщина-программист (1815–1852 гг.)
Сотрудница
Беббиджа.
Заложила вместе с ним
основы программирования.
Автор первой работы по
программированию.
Эта работа - комментарии к
описанию
итальянским
математиком
Менабреа
разностной
машины
Беббиджа.
В
этих
комментариях впервые были
изложены базовые понятия
программирования.Единствен
ная работа Ады Лавлейс, но с
ней она вошла в историю
науки

49.

Друг Бэббиджа, графиня Ада Августа
Лавлейс, показала, как можно использовать
аналитическую машину - машину для
выполнения ряда конкретных вычислений.
Чарльза Бэббиджа считают изобретателем
компьютера, а Аду Лавлейс называют
первым программистом компьютера.
Ада
дала
красивейшее
решение
поставленной
задачи;
программа
обеспечивает экономию памяти и требует
минимального количества перфокарт.

50.

Ада Байрон
Ею
была
написана
первая
компьютерная
программа
–
для
аналитической машины Беббиджа. Ей
не на чем было отладить свою
программу, так как аналитическая
машина никогда была построена.
Проверить
вручную
подобную
программу весьма трудно – желателен
машинный
эксперимент
–
ведь
программа Ады была не игрушечным
упражнением типа того, что предлагают
школьникам
на
уроках
программирования;
это
была
достаточно
сложная
реальная
программа расчета чисел Бернулли.
Эксперимент по проверке программы Ады Байрон был
проведен в СССР в 1978 г. на машине БЭСМ-6. Текст
программы был записан на языке FORTRAN. В программе
оказалась всего одна ошибка (это круто!!!)

51.

Герман Холлерит
В конце XIX в. были созданы более сложные
механические устройства. Самым важным из них
было устройство, разработанное американцем
Германом Холлеритом.
Исключительность
его
заключалась в том, что в нем впервые была
употреблена идея перфокарт и расчеты велись с
помощью электрического тока. Это сочетание
делало машину настолько работоспособной, что
она получила широкое применение в своё время.
Например, при переписи населения в США,
проведенной в 1890 г., Холлерит, с помощью своих
машин, смог выполнить за три года то, что
вручную делалось бы в течении семи лет, причем
гораздо большим числом людей.

52.

Машина Холлерита

53.

Электронный
период
Первые электромеханические
компьютеры

54.

Идеи создания электронных выч. машин
возникли в конце 30-х - начале 40-х гг. независимо
друг от друга в 4 странах: СССР, США,
Великобритании и Германии. Во время II мировой
войны (с 1939 по 1945г.) были построены
несколько
первых
электромеханических
компьютеров. В СССР счетно-аналитические
машины (САМ) стали применяться впервые в
1925 г. в Харькове, а в 1927 г. они были
установлены в Москве в ЦСУ. Первые САМ
ввозились
из-за
границы.
Производство
отечественных машин было начато в 1935 г.
САМ широко использовались для экономических
расчетов и статистической обработки данных.
Выпускались заводом в Москве.

55.

На
первых
отечественных ЭВМ
ввод информации
был такой же («голь
на выдумки хитра»).
Устройство
ввода
информации
в
отечественной ЭВМ
первого
поколения
Урал-1 (1955 г.) –
с киноленты.

56.

Реконструкция вычислительной релейной
Машины Цузе – Z3 (1939–1941).

57.

Немецкий математик Конрад
Цузе
создатель
1-й
программно-управляемой
универсальной
выч. (релейной) машины
Z3 (1939–1941 гг.). Z3 не может
считаться
полноценным
компьютером, а лишь мощным
калькулятором, так как в ней не
была предусмотрена условная
передача
управления,
и
машина не могла решать
задачи
с
разветвленными
алгоритмами.
Z3
была
двоичной машиной (в отличие
от
машины
Беббиджа
и
некоторых последующих за Z3
машин,
которые
были
десятичными). Программа в
машину Цузе вводилась с
помощью
8-ми
канальной
перфорированной киноленты.

58.

Марк - 1
Большой
толчок
в
развитии
вычислительной техники дала вторая
мировая война: американским военным
понадобился компьютер, которым стал
“Марк-1” - первый в мире автоматический
вычислительный компьютер, изобретённый
в 1944 г. профессором Айкнем. В нём
использовалось сочетание электрических
сигналов
и
механических
приводов.
Программа обработки данных вводилась с
перфоленты. Размеры: 15 X 2,5 м., 750000
деталей. "Марк-1" мог перемножить два 23-х
разрядных числа за 4 с.

59.

Первый работающий компьютер –
электромеханический Mark-1
Разработчик первых компьютеров семейства
Mark – Говард Айкен. В числе первых
программистов на этих компьютерах была
лейтенант ВМФ США Грейс Хоппер, легендарная
«бабушка
программирования»,
первый
программист на флоте и создательница языка
программирования высокого уровня COBOL.
Компьютеры семейства Mark использовались для
проведения военных расчетов.
Размеры Mark-1 впечатляют: он имел 17 м в длину
и по 2,5 м в высоту и ширину. Объем памяти был
равен 72 словам (ячейкам), скорость вычисления
составляла три сложения в секунду.
Следующий компьютер из серии – Mark-II был уже
полностью релейным.

60.

Первый работающий компьютер –
электромеханический Mark-1
Молодая
Грейс
Хоппер,
работающая
на
первом
действующем
электромеханическом
компьютере
Mark-1,
разработанном в Гарварде
Говардом Айкеном.
Маrk-1 использовался вплоть
до 1959 года, хотя уже
появились более мощные и
совершенные
электронные
компьютеры.
На
нем
выполнялись
жизненно важные расчеты
для ВМФ США во время 2-й
мировой войны.

61.

1945 год. Первый
компьютерный «bug» (ошибка)
Термин bug использовался еще во времена
Томаса Эдисона для обозначения проблемы,
ошибки или дефекта какого-либо механизма
или промышленного процесса. Более того,
термин bug использовался чуть ли не со
времен
Шекспира
для
обозначения
неприятного,
страшного
объекта
(происхождением
от
уэльсского
мифологического чудовища, называемого
Bugbear – бука, пугало, страшила).

62.

1945 год. Первый компьютерный
Термин bug теперь
«bug» (ошибка) повсеместно
Первая запись об
использовании термина
bug в компьютерном
контексте связана с
релейным компьютером
Mark II в Гарварде.
распространен
в
среде пользователей
компьютеров
всех
уровней и означает
ошибку или дефект –
как в самой машине,
так и, что более
распространено,
в
программе (отсюда
фраза debugging a
program – отладка
программ,
вылавливание
ошибок).

63.

9 сентября 1945 года моль влетела в одно из реле и
застопорила его. Согрешившая моль была засушена в
журнале учета рядом с официальной записью, которая
начиналась словами: «Первый действительный случай
найденного насекомого (bug)».
Сейчас стало общепринятой широко
распространенной версией, что это
легендарная Грейс Мюррей Хоппер,
американский
офицер
ВоенноМорского Флота США и математик,
обнаружила
проштрафившееся
насекомое.
Грейс была первопроходцем в области
обработки данных и разработчиком
первого компилятора, программы, что
транслирует с языка высокого уровня
(удобного для восприятия человеком)
в
машинный
язык,
понимаемый
компьютером. В 1983 году Грейс стала
первой женщиной, получившей звание
контр-адмирала в Военно-Морском
флоте США.

64.

Марк - 1

65.

ЭНИАК
В
1946г.
разработана
машина
ЭНИАК. В ней использовалось 18тыс.
электронных ламп и она выполняла
около 3 000 операций в секунду.

66.

МЭСТ и БЭСМ
В
1951г.
под
руководством академика
С.А.
Лебедева
была
разработана
первая
в
СССР
вычислительная
машина «МЕСМ».
В 1953г. появилась
первая
вычислительная
машин из серии «БЭСМ».
Разработана в АНСССР.

67.

IBM 360
В 1964 году, фирма IBM объявила о создании
шести моделей семейства IBM 360 (System 360),
ставших первыми компьютерами третьего
поколения.
Машины
третьего
поколения
—
это
семейства машин с единой архитектурой, т.е.
программно
совместимых.
В
качестве
элементной
базы
в
них
используются
интегральные схемы, которые также называются
микросхемами.
Они
обладают
возможностями
мультипрограммирования, т.е. одновременного
выполнения нескольких программ. Многие
задачи управления памятью, устройствами и
ресурсами стала брать на себя операционная
система или же непосредственно сама машина.

68.

IBM 360

69.

Элементная база на интегральных
схемах. Усложнилась архитектура ЭВМ и их
периферийное
оборудование,
что
существенно расширило функциональные
возможности.
Появляются
ОС,
СУБД,
САПРы, ППП.
Развиваются языки и системы
программирования:
BASIС,
PASСAL.
Быстродействие
порядка 1 млн. в
секунду.

70.

APPLE-2 на базе
процессора 6502
PET на базе
процессора 8088
SESM

71.

Распространение
персональных
компьютеров к концу 70-х годов привело к
некоторому снижению спроса на большие
ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом
серьезного
беспокойства
фирмы
IBM
(International Business Machines Corporation)
— ведущей компании по производству
больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила
попробовать
свои
силы
на
рынке
персональных компьютеров, создав первые
персональные компьютеры- IBM PC.

72.

IBM PC

73.

APPLE
Согласно легенде первый ПК
появился на свет в 1976 г., в ничем не
примечательном
гараже
долины
Санта-Клара (США). Стив Джобс и Стив
Возняк
построили
свой
первый
компьютер, который они назвали
«Apple»
яблоко.
В
качестве
начального
капитала
они
использовали выручку от продажи
автомобиля Джоба – старенького
«фольксвагена».

74.

75.

76.

В 90-е годы выпускаются ЭВМ с многими
десятками
параллельно
работающих
микропроцессоров, позволяющих строить
эффективные системы обработки данных;
ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах,
одновременно
выполняющих
десятки
последовательных инструкций программ.
Превосходя
компьютеры
предыдущих
поколений
компактностью,
огромными
возможностями и доступностью для разных
категорий пользователей.

77.

78.

Настоящее время - время супер-ЭВМ и
Internet.
Каждое следующее поколение ЭВМ
существенно улучшает свои характеристики
по сравнению с предыдущим.
Точно предсказать, какой будет ЭВМ
завтра, не возьмется ни один эксперт, но
замечено наверняка: чтобы Ваш компьютер
не отставал от современных технологий,
каждый
год
приходится
проводить
модернизацию.

79.

80.

Аппаратная
конфигурация
ПК

81.

Архитектура персонального компьютера
- компоновка его основных частей, таких как
процессор,
ОЗУ,
видеоподсистема,
дисковая
система, периферийные устройства и устройства
ввода-вывода.
Ещё в середине прошлого века, платы компьютера
содержали до двух сотен микросхем. Материнская
плата, формирующая основу вычислительной
системы
современного
компьютера
общего
назначения, содержат две основные большие
микросхемы:

82.

Архитектура персонального компьютера
Северный мост (англ. North Bridge) — контроллерконцентратор памяти (MCH), который обеспечивает
работу центрального процессора с оперативной
памятью и видеоадаптером;
Южный мост (англ. South Bridge) — контроллерконцентратор ввода-вывода (ICH), обеспечивающий
работу контроллеров интегрированных в материнскую
плату устройств (локальной вычислительной сети
ЛВС,
звуковой
подсистемы,
видеоадаптера
в
отдельном случае), а также взаимодействие с
внешними устройствами, посредством организации
шинного интерфейса.
От микросхем чипсета зависят возможности работы
установленных
в
вычислительной
системе
процессора
внешних
устройств
(видеокарты,
винчестера и др.).

83.

Вычислительные системы современных компьютеров
общего
назначения
чаще
всего
строят
с
использованием следующей архитектуры:
чипсеты нового поколения Intel 3 Series (G31, G33, G35,
P35, X35) и материнские платы на их основе.
Помимо поддержки двух- и 4ядерных процессоров Intel
Core 2 Duo и Core 2 Quad новые чипсеты поддерживают
совершенно новый тип памяти DDR3 (наряду с
традиционной DDR2-800), а также новое поколение
интерфейса PCI Express 2.0 с удвоенной пропускной
способностью графики, а также работают с новой
технологией Intel Turbo Memory для ускорения загрузки
приложений. G33 и G35 имеют интегрированную графику
с полноценной аппаратной поддержкой DirectX 10.
Первыми из этой серии в продаже появились
материнские платы на чипсетах Intel G33 Express и Intel
P35 Express.

84.

Архитектура персонального компьютера

85.

Основные устройства
компьютера (базовая конфигурация)
•Системный блок
•Мышь
•Монитор
•Клавиатура

86.

Дополнительные (внешние) устройства
Внешняя
дисковая
память
Сканер
принтер
Соединительные кабели

87.

Из чего состоит системный блок?
•Электронные
(микропроцессор,
схемы
микропроцессорный
комплект
чипсет,
оперативная
память,
постоянная
память,
контроллеры устройств)
•Блок питания (мощность 200-250вт)
•Накопители (для мягких, жестких и
лазерных дисков)
•Шины - каналы передачи данных
(набор проводников для обмена данными
между различными устройствами ПК)

88.

МИКРОПРОЦЕССОР — МОЗГ компьютера
отвечает за все вычислительные операции,
определяет быстродействие ПК
Он состоит из ячеек памяти(регистров), в которых
хранятся и изменяются данные и команды управления
Основными параметрами процессоров
являются:
•Рабочее напряжение (2-2,5 вольта)
•Разрядность (32/64х - разрядные)
•Тактовая частота
•Размер кэш-памяти– буферная область (cashmemory)
Характеристикой быстродействия ПК является
тактовая частота процессора

89.

INTEL
•Intel Pentium
60,66,75,90,133
AMD
(Advanced Micro Devices)
•Серии K№
•Intel Pentium Pro
•Mobile Duron
•Intel Celeron
•Opteron
•Intel Xeon
•Intel Pentium II, III, IV
и т.д.
•Sempron
•Athlon
•Athlon 64, XP
•и т.д.

90.

ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ (ОЗУ)
(RAM – Random Access Memory)
из нее процессор получает данные на обработку,
в нее записываются полученные результаты,
в ней данные хранятся до выключения ПК
Различают:
Динамическая
память.
Микросхемы этой
памяти используются в
качестве основной.
Каждая
ячейка
памяти имеет
свой адрес,
выражаемый
ЧИСЛОМ.
Статическая память.
Микросхемы этой памяти
используются в качестве
вспомогательной памяти
(кэш-памяти), предназначенной
для оптимизации работы
процессора.
Одна адресуемая ячейка содержит 8 двоичных позиций, в которых
можно сохранить 8 бит, т.е. 1 байт данных. Адрес любой ячейки
памяти можно выразить 4 байтами (8 4 = 32 разряда).
Размещается оперативная память на стандартных панелях – модулях.
Модули располагаются на системной (материнской) плате.

91.

Модули памяти бывают:
DIMM – двухрядные
SIMM – однорядные
На ПК с процессорами Pentium SIMM можно
устанавливать только парами (4, 8, 16, 32Мб и т.д.),
DIMM – по одному (16, 32, 64, 128Мб и более).
Многие материнские платы имеют разъемы как
того, так и другого типа, но комбинировать на
одной плате модули разных типов НЕЛЬЗЯ.
объем памяти
Основными характеристиками
модулей оперативной памяти
являются:
(Для SIMM–50-70нс., для DIMM–7-10нс. и
менее… )
V (измеряется в Мб)
время доступа
T (чем меньше, тем лучше,
измеряется в наносекундах, нс.)

92.

Содержит закодированные команды и программы, которые
запускают ПК и загружают операционную систему в ОЗУ после
включения питания. Чтобы начать загрузку операционной
системы, процессор обращается за первой командой в ПЗУ.
Программы, находящиеся в ПЗУ (записываются в нее
на этапе изготовления микросхемы) и образуют:
BIOS
UEFI
или
Basic Input/Ouput System
Базовая система ввода/вывывода
Unified Extensible Firmware Interface
Расширяемый интерфейс прошивки
Это
интерфейсы
между
операционной
системой
и
микропрограммами, управляющими низкоуровневыми функциями
оборудования,
основное
предназначение:
корректно
инициализировать оборудование при включении системы и
передать управление загрузчику операционной системы.
UEFI предназначен для замены BIOS - интерфейса, который
традиционно
используется
всеми
IBM
PC-совместимыми
компьютерами.

93.

Для организации взаимодействия процессора
и
устройств
ПК
используются
группы
проводников, называемых ШИНАМИ.
в оперативную память программы и данные
попадают с внешних устройств благодаря шине
Условная схема
взаимодействия устройств с помощью шины
Внешние устройства ВВОДА информации
Устр-во 1
Устр-во 2
Устр-во 3
Устр-во 4 Устр-во 5
Устр-во 6
данные
данные
Устр-во 7
Устр-во 8
Устр-во 9
Внешние устройства ВЫВОДА информации
Устр-во 10
Устр-во 11

94.

ОСНОВНЫХ
ШИН – 3:
К ней подключается процессор для копирования
данных из ячейки памяти в один из своих
регистров. Она является 32-х разрядной, состоит
из 32 параллельных линий. На каждой линии
может быть «выставлена» либо 0 (напряжения
нет), либо 1 (в противном случае). Комбинация из
32 нулей или единиц образует 32-х разрядный
адрес, указывающий на ячейку ОЗУ, где хранятся
данные.
По этой шине происходит копирование данных
из оперативной памяти в регистры процессора и
обратно. В компьютерах с процессорами на базе
Intel Pentium шина данных 64-разрядная, т.е.
состоит из 64 линий, по которым за один такт на
обработку поступают сразу 8 байт.
Команды в процессор поступают тоже из ОЗУ, но
из тех областей, где хранятся программы.
Команды представлены в виде байтов данных.
Самые простые укладываются в 1 байт.
В большинстве современных ПК шина команд
32-х, 64-х разрядная и даже 128-разрядная бывает.

95.

Обмен информацией между ОЗУ и внешними устройствами
называется ВВОДОМ-ВЫВОДОМ ИНФОРМАЦИИ
Для каждого внешнего устройства есть
своя электронная схема, которая им управляет

96.

ПОРТЫ ВВОДА-ВЫВОДА - это
электронные схемы для подключения
внешних устройств
Порты бывают:
•Параллельные (LPT1-LPT4, к ним обычно
подключаются принтеры)
•Последовательные (COM1-COM4, к ним
обычно подключаются модем, мышь и т.д.)
•Игровые (к ним обычно подключается джойстик)
•Инфракрасные (клавиатура, мышь и другие
внешние устройства)
•Универсальные – USB порты
(к ним могут подключаться любые устройства)

97.

Типы мониторов:
• ЭЛТ
трубки
- электронно-лучевые
•ЖК (LCD) - жидкокристаллические
•Светоизлучающие пластики
(LEP)
•Плазменные (PDP)
(Light Emission Plastics)
(Plasma Display Panels
Параметры монитора:
•Размер (диагональ - 14”, 15”, 17”, 19”, 20, 21” и т.д.)
•Максимальная частота регенерации кадра
(мин.=75Гц, нормативная – 85Гц, комфортная – 100Гц)
•Класс защиты (международные стандарты:ТСО-95, ТСО-99)
(Для разных типов мониторов могут быть свои доп.

98.

Совместно с монитором видеокарта образует
ВИДЕОПОДСИСТЕМУ компьютера
Видеоадаптер – это дочерняя плата, которая вставляется
в слот материнской платы. Она берет на себя функции
видеоконтроллера, видеопроцессора, видеопамяти.
Большинство видеоадаптеров основано на
SVGA - «сверх»-VGA, но имеют собственные
расширения для обработки 2D и 3D графики
так называемые УСКОРИТЕЛИ
(преобразователи графических данных)
2D
Для плоской
графики
3D
Для трехмерной
графики

99.

Видеоподсистема имеет несколько
параметров
Типы видеорежимов:
•Текстовый:
экран делится на 25 строк и 80 символов
в строке, на пересечении - знакоместо для отображения 1 из 256 символов
(В современных расширениях видеорежима добавляются
варианты: 132 25, 132 43, 132 50.)
•Графический
:
разрешающая способность экрана:
разрешающая способность экрана:
кол-во точек (пикселей) по горизонтали
кол-во точек по вертикали
(640*480, 800*600, 1024*768, 1280*1024, 1600*1280, 1800*1350 и т.д.)
количество цветов: для SVGA расширено
до 65536 (High Color) и 16,7 млн. цветов (True Color)

100.

Размер пиксела: зависит от разрешающей
способности экрана
чем большее разрешение используется, тем меньше точка
(пиксель/зерно) и качественнее изображение, но тем
больший объем данных требуется обработать и поэтому
больший объем видеопамяти требуется
Размер видеопамяти: самая критичная характеристика
работы видеосистемы
Чем видеопамяти больше, тем лучше (128Мб/ 256Мб/ 1024Мб и т.д.):
больше данных можно обработать с более высокой скоростью.
Размер
монитора
Оптимальное
разрешение экрана
14”
640 480
15”
800 600
17”
1024 768
19”
1280 1024

101.

25 строк
80 символов
…………
.…..………..
…………..…….……..
……………………………
…
…………………………
…………………………
…………………………
…………………………
…………………………
…………………………
…………………………
…………………………
Текстовый режим:
80 символов по горизонтали
25 строк по вертикали
Графический режим:
Разрешающая способность экрана
Количество точек по горизонтали
и количество точек по вертикали,
точка это - зерно или piхel

102.

Разрешающая способность экрана (в пикселях):
640*480
256 цветов
800*600
1024*768
256 цветов
256 цветов
Минимальное количество цветов
Размер пиксела (зерна):
0,39мм
0,31мм
0,25мм
Видеопамять
(минимальный объем видеопамяти) :
256 Килобайт
512 Килобайт
1 Мегабайт

103.

Общая блок-схема устройства ПК
Процессор
Оперативная
Контроллер
Сопроцессор
память
клавиатуры
В
Б
П
Слот 1
Видеоадаптер
Слот 2
Контроллеры
дополнит.
устройств
Слот 3
Адаптер
портов
Системный блок
Монитор
Сканер, модем,
стример...
Слот 4
Винчестер
Системная магистраль данных - шина
Клавиатура
Материнская плата
Контроллер
дисков
Floppy-дисковод
Принтер, мышь,
джойстик и т.д.

104.

Постоянная память,
или
постоянное запоминающее
устройство
(ПЗУ или ROM)
Оперативная память,
или
оперативное
запоминающее устройство
(ОЗУ или RAM)
служит
для
хранения
программ
начальной
загрузки
компьютера
и
тестирования его узлов.
Используется только для
чтения.
предназначена
для
хранения
информации,
изменяющейся
в
ходе
выполнения процессором
операций по ее обработке.
Используется для чтения,
записи информации.
энергонезависима, то есть
записанная
в
ней
информация не изменяется
после
выключения
компьютера.
энергозависима, то есть вся
информация хранится в этой
памяти только тогда, когда
компьютер включен.

105.

RAM
Физически для построения запоминающего
устройства
типа
RАМ
используют
микросхемы
динамической
и
статической
памяти,
для
которых
сохранение бита информации означает
сохранение электрического заряда (именно
этим объясняется энергозависимость
всей оперативной памяти, то есть потеря при
выключении компьютера всей информации,
хранимой в ней).

106.

RAM
Оперативная память компьютера физически
выполняется на элементах динамической
RАМ, а для согласования работы сравнительно медленных устройств (в нашем
случае динамической RАМ) со сравнительно
быстрым микропроцессором используют
функционально для этого предназначенную
кэш-память,
построенную
из
ячеек
статической RАМ. Таким образом, в ПК
присутствуют одновременно оба вида RАМ.
Физически внешняя кэш-память также
реализуется в виде микросхем на платах,
которые вставляются в соответствующие
слоты на материнской плате.

107.

Кеш-память
Необходимо заметить, что современные
процессоры имеют свою внутреннюю кэшпамять (таким образом, кэш- памятей в
компьютере несколько), одна - самая
быстрая
и
маленькая
встроена
непосредственно в процессор.
В современных PC есть быстрая память еще
одного
вида,
имеющая
специальное
назначение.
Видеопамять
хранит
закодированное
изображение
экрана
монитора. В IВМ РС видеопамять является
компонентой контроллера (видеоадаптера,
видеокарты),
управляющего
работой
дисплея.

108.

RAM
Часть обычной стандартной области ОЗУ по
необходимости используется для хранения
резидентной части операционной системы,
драйверов периферийных устройств. Но
основное ее назначение — загрузка в нее
исполняемых программ.

109.

Регистровая память
Регистровая память процессора — это
внутренняя память процессора (иногда
называется
СОЗУ - сверхоперативное
запоминающее
устройство).
Регистров
немного (у IВМ РС их 14). Каждый из
регистров служит своего рода черновиком,
используя который процессор выполняет
расчеты
и
сохраняет
промежуточные
результаты.
Полученные
результаты
переписываются из регистров процессора в
ячейки ОЗУ.

110.

Организация памяти
Часть обычной стандартной области ОЗУ по
необходимости используется для хранения
резидентной части операционной системы,
драйверов периферийных устройств. Но
основное ее назначение — загрузка в нее
исполняемых программ.

111.

Организация памяти
Обмен информацией между процессором и
внутренней
памятью
производится
машинными словами (из регистра в ячейку и
обратно).
Адрес
ячейки,
в
которую
направляется информация, передаваемая
по шине данных, передается процессором по
адресной шине.

112.

Периоды и поколения
Эволюция вычислительной техники
Домеханический период
Механический период
Электромеханический период
Электронный период
I поколение
II поколение
III поколение
IV поколение
Эпоха персональных компьютеров
Эпоха глобальных сетей