Общая структурная схема ПК (лекция 8)

• Процессор (микропроцессор) является основным элементом ПК и
предназначен для управления работой всего ПК, а также для
выполнения операций по обработке информации. В состав процессора
входят:
• АЛУ – арифметико-логическое устройство - предназначено для
выполнения всех арифметических и логических операций;
• УУ – устройство управления -формирует и подает во все элементы ПК в
нужные моменты времени определенные сигналы управления
(управляющие импульсы)
• Регистровая память - регистры общего назначения —
быстродействующие ячейки памяти, используемые в основном как
различные счетчики и указатели на адресное пространство ПК
• Кэш память - блок высокоскоростной памяти для кратковременного
хранения, записи и выдачи информации, обрабатываемой в данный
момент времени или используемой в вычислениях.

4.

Основные параметры процессора
1. Тактовая частота – количество тактов (операций) процессора в
секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) или
гигагерцах (ГГц). Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает
процессор. (более 3 ГГц)
2. Разрядность процессора – количество разрядов, которые
процессор способен обработать за один такт (например, обмен с
оперативной памятью). (Если 1 байт – процессор 8-ми разрядный,
2 байта – 16-ти разрядный, 4 байта – 32 разрядный, 8 байт – 64
разрядный и т.д.).

5.

Системная шина
Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не
напрямую, а через контроллеры (адаптеры) и порты. На программном уровне с
помощью драйверов устройств. Непосредственно к шине подключаются только
процессор и оперативная память. Северный мост (контроллер оперативной памяти)
обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью.
Южный мост (контроллер периферийных устройств) обеспечивает обмен
информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного
оборудования.
Обмен информацией между отдельными устройствами выполняется по системной
шине (магистрали): шине данных, шине адреса и шине управления. По шине данных
передаются данные в обоих направлениях – шина данных двунаправленная.
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора: 8, 16,32,64 бит.
По шине адреса передается адрес (ячейки памяти или устройства) только от
процессора (однонаправленная). Разрядность шины адреса определяет адресное
пространство оперативной памяти N=2i, например, 232=4Гб.
По шине управления передаются сигналы чтения, записи, готовности, сигналы
прерывания от периферийных устройств (двунаправленная). Каждое внешнее
устройство имеет на шине управления свою линию и может выставлять сигнал
прерывания.

6.

7.

Чтение содержимого ячейки памяти
процессором.
1. Процессор устанавливает на шине адреса адрес ячейки памяти,
которую должен считать
2. На шине управления процессор выставляет сигнал чтения и
сигнал готовности
3. Устройства по сигналу готовности проверяют адрес на шине
адреса
4. ОЗУ определяет адрес ячейки памяти, считывает данные
5. ОЗУ выставляет на шину данных считанные данные
6. ОЗУ выставляет на шину управления сигнал готовности
7. Процессор считывает данные с шины данных

8.

Устройство процессора
• Обычно процессоры разделены на две части: операционное
устройство (ОУ) и шинный интерфейс (ШИ). Роль ОУ заключается в
выполнении команд, в то время как ШИ подготавливает команды и
данные для выполнения. ОУ содержит АЛУ и устройство управления
УУ и регистры общего назначения. Эти устройства обеспечивают
выполнение команд, арифметические вычисления и логические
операции.
• Три элемента ШИ - блок управления шиной, очередь команд и
сегментные регистры - осуществляют три важные функции:
1. ШИ управляет передачей данных на ОУ, в память и на внешние
устройства ввода-вывода.
2. Сегментные регистры управляют адресацией памяти.
3. Выборка команд. Все программные команды находятся в памяти, и
ШИ должен иметь доступ к ним для выборки их в очередь команд.

9.

10.

Регистры общего назначения
Регистр (AX) является основным сумматором и применяется для всех операций ввода-вывода,
некоторых операций над строками и некоторых арифметических операций.
Регистр (BX) является базовым регистром. Это единственный регистр общего назначения,
который может использоваться в качестве индекса для расширенной адресации.
Регистр (CX) является счетчиком. Он необходим для управления числом повторений циклов и
для операций сдвига. Регистр (CX) используется также для вычислений.
Регистр (DX) является регистром данных. Он применяется для некоторых операций вводавывода и операций умножения и деления над большими числами.
Регистровые указатели (SP и BP) обеспечивают системе доступ к данным в сегменте стека.
Регистр (SP) обеспечивает использование стека в памяти, позволяет временно хранить адреса
и иногда данные. Регистр (BP) облегчает доступ к параметрам (данным и адресам,
переданным через стек).
Индексные регистры (SI и DI) применяются для расширенной адресации и для использования
в операциях сложения и вычитания. Регистр (SI) является индексом источника и применяется
для некоторых операций над строками. Регистр (DI) является индексом назначения и
применяется также для некоторых операций над строками.
Регистр командного указателя (IP) содержит смещение на команду, которая должна быть
выполнена.
Флаговый регистр определяет текущее состояние машины и результаты выполнения
операций (проверка четности, переполнения, переносов, знака).

11.

Внутренняя память
1. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM — read only memory) — память для
хранения программ управления работой и тестирования устройств ПК. Важнейшая
микросхема ПЗУ — модуль BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода/вывода),
в котором хранятся программы автоматического тестирования устройств после включения
компьютера и загрузки ОС в оперативную память. ПЗУ является энергонезависимой памятью.
2. Полупостоянное запоминающее устройство (ППЗУ,CMOS — Complementary Metal-Oxide
Semiconductor)– память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением
от батарейки — используется для хранения информации о конфигурации и составе
оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Содержимое CMOS изменяется
специальной программой Setup, находящейся в BIOS.
3. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM — random access memory – память с
произвольным доступом) - оперативная память, для хранения и считывания информации,
энергозависима.
Оперативная память выпускается в виде микросхем, собранных в специальные модули
памяти, определенного типа и объема.
4. Кэш-память — служит буфером между оперативной памятью и микропроцессором и
позволяет увеличить скорость выполнения операций, т.к. является сверхбыстродействующей.
В нее помещаются данные, которые процессор получил, и будет использовать в ближайшие
такты своей работы. При обращении микропроцессора к памяти сначала ищутся данные в
кэш-памяти, а затем, если остается необходимость, в оперативной памяти.

12.

Память имеет многоуровневую (иерархическую) структуру:
1) Регистры процессора
2) Сверхоперативное ЗУ (КЭШ-память)
3) Основное ОЗУ
4) Внешние ЗУ (диски, ленты)

13.

Внешняя память
• Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и
данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или
выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не
имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и
наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:
• ВЗУ <=> ОЗУ <=> Кэш <=> Процессор
• В состав внешней памяти компьютера входят:
накопители на жёстких магнитных дисках;
накопители на гибких магнитных дисках;
накопители на компакт-дисках;
накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.

14.

• Информационной единицей оперативной памяти (ОЗУ, RAM) является
машинное слово, которое зависит от разрядности процессора (32, 64).
Обмен информацией между процессором и оперативной памятью
происходит порциями, равными машинному слову. Данные передаются по
шине данных. Ячейки памяти адресуются. Адрес слова равен адресу
входящего в него младшего байта. Если машинное слово 2 байта=16 бит, то
216=65536 адресов. Нумерация от 0 до 65535.Адрес передается по шине
адреса. 16-ти разрядный процессор содержит 16-ти разрядные регистры и
команды для манипуляции с 16-ти разрядными словами.
Адрес
слова
Байты ОЗУ
0
0
1
2
3
4
4
5
6
7
8
8
9
10
11
….
…
…
…
…

15.

Задачи
• 1. ОП составляет 1/8 часть Мбайта. Одно машинное слово содержит 64 бит.
Определить количество машинных слов в ОП.
• 2. Используются двухбайтовые адреса машинных слов. С каким шагом
меняются адреса машинных слов.
• 3. ОП - 0,5 Кб, 2-х байтовые машинные слова. Определить количество
машинных слов.
• 4. 3FF16 – адрес последнего байта ОП. Определить объем ОП.
• 5. FE16 – адрес последнего машинного слова ОП объема ¼ Кб. Найти длину
машинного слова в байтах.
• 6. FC16 – адрес последнего 4-х байтового машинного слова. Найти объем
памяти.
• 7. ОП – 2 Кб. Найти адрес последнего байта в 16 с.с.
• 8. ОП - 1 Мб. Адрес последнего машинного слова 1048574. Определить
длину машинного слова в байтах.
• 9. ОП содержит 163840 машинных слов, что составляет 0,625 Мбайт. Сколько
бит содержит каждое машинное слово.

English Русский Правила