Архитектура персонального...
TRANSCRIPT
![Page 1: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/1.jpg)
Архитектура персонального компьютера
![Page 2: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/2.jpg)
Поколения ЭВМ
2-е поколение (с конца 1950-х гг.)
Элементная база – полупроводниковые элементы. Улучшились по сравнению с ЭВМ 1-го поколения все технические характеристики. Для программирования используются простейшие символьные команды.
1-е поколение (начало 1950-х гг.)
Элементная база – электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием,
низкой надежностью. Программирование выполнялось в кодах.
![Page 3: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/3.jpg)
Поколения ЭВМ
4-е поколение (с середины 1970-х)Элементная база – микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улуч-шились технические характеристики. Массовый выпуск персональных ком-
пьютеров. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислитель-ные системы с высокой производительностью, создание дешевых микроЭВМ.
3-е поколение (начало 1960-х)Элементная база – интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение
производительности, развитая конфигурация внешних устройств. Для программирования используются алгоритмические языки.
![Page 4: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/4.jpg)
Поколения ЭВМ
5-е поколение (с середины 1980-х)
Началась разработка интеллектуальных компьютеров, пока не увенчавшаяся успехом. Внедрение во все сферы компьютерных
сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных
информационных технологий.
![Page 5: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/5.jpg)
Фон-неймановская модель
Предложена в 1946 г. ученым Джоном фон Нейманом.
С 1950 г. начала использоваться как основная во всех компьютерных устройствах.
Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков:
Устройства ввода/вывода информации для помещения в память входных данных и команд и извлечения из памяти результатов.
Память компьютера, содержащая команды и данные.
Процессор, состоящий из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ). Процессор выбирает из памяти команды и данные, выполняет над данными затребованную операцию и возвращает результат в память.
![Page 6: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/6.jpg)
Фон-неймановская модель
![Page 7: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/7.jpg)
Принципы Джона фон Неймана
Принцип двоичного кодирования
Вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.
Принцип программного управления
Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
![Page 8: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/8.jpg)
Принципы Джона фон Неймана
Принцип однородности памяти
Программы и данные хранятся в общей памяти. ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Принцип адресности
Память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.
![Page 9: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/9.jpg)
Внутренняя структура персонального компьютера
![Page 10: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/10.jpg)
Центральный процессор (CPU, Central Processing Unit)
Центральный процессор – функционально законченноепрограммно-управляемое устройство обработки информации,выполненное на одной или нескольких сверхбольшихинтегральных схемах.
Процессор является центральным блоком ПК и предназначендля выполнения арифметических и логических операций надинформацией и управления работой всех блоков машины.
![Page 11: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/11.jpg)
Центральный процессор (CPU, Central Processing Unit)
В состав процессора входят: устройство управления (УУ); арифметико-логическое устройство (АЛУ); микропроцессорная память (кэш-память); интерфейсная система микропроцессора.
![Page 12: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/12.jpg)
Центральный процессор (CPU, Central Processing Unit)
Основные характеристики процессоров
Тактовая частота. Во многом определяет скорость работы процессора. Для современных процессоров может находиться в диапазоне 1,5 – 4 ГГц. 1 ГГц = 1000 МГц, 1 МГц = 1 000 000 тактов в секунду.
Количество ядер процессора. Поскольку тактовые частоты современных процессоров приблизились к физическому пределу, для повышения их производительности применяется объединение нескольких процессорных ядер в одном корпусе. На сегодняшний день наиболее используемые процессоры с 2-4 ядрами, в более производительных системах – процессоры с 4-6 ядрами, в серверных системах и суперкомпьютерах – с 8-12 ядрами.
![Page 13: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/13.jpg)
Центральный процессор (CPU, Central Processing Unit)
Объем кэш-памяти. Современные процессоры имеют двух- или трехуровневую организацию встроенной кэш-памяти. У кэш-памяти первого уровня (L1) наивысшая скорость и небольшой объем (обычно 16-128 Кбайт). Кэш-память второго уровня (L2) обладает несколько меньшим быстродействием, объем от 128 Кб до нескольких мегабайт. Кэш-память третьего уровня (L3) процессора AMD Phenom II имеет объем 6 Мб, а Intel Core i7 –8 Мб.
![Page 14: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/14.jpg)
Справочная информацияКомпании производители процессоров: Intel и AMD.Процессоры Intel:1980 – начало 90-х процессоры семейства x86: модели 8086, 286, 486.С 1993 г. процессоры Intel Pentium, Pentium II, III, IV.
С 2006 г. компания выпускает процессоры, основанные на архитектуре Intel
Core 2.В 2008 г. Intel выпустила процессоры Core i7 с совершенно новой архитектурой. С 2010 г. массовое производство процессоров Core i3, Core i5, Core i7.Упрощенная версия процессоров компании Intel выпускается под маркой Celeron.
Процессоры AMD:Процессоры Athlon, Duron. Упрощенная версия – процессор Sempron.В 2008 г. разработан процессор Phenom.В 2009 г. вышли процессоры Phenom II/Athlon II.
![Page 15: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/15.jpg)
Системная плата
Системная, или материнская, плата – базовоеустройство компьютера, обеспечивающеевзаимодействие всех подключенных к нейустройств.
На системную плату устанавливается процессор,оперативная память, платы расширения. К нейподключаются дисковые накопители, устройстваввода/вывода, приводы CD/DVD и др. Насистемной плате также располагаются микросхемаBIOS, батарейка для питания часов и CMOS (памятьс автономным питанием), тактовый генератор.
![Page 16: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/16.jpg)
Системная плата
![Page 17: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/17.jpg)
Системная плата
Сопряжение и связь всех устройств компьютераосуществляется с помощью системной шины.
Системная шина – это основная интерфейсная системакомпьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всехего устройств между собой.
Системная шина (магистраль) включает в себя:
шину данных;
шину адреса;
шину инструкций;
шину питания.
![Page 18: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/18.jpg)
Оперативная память(RAM, Random Access Memory)
Оперативное запоминающее устройство (оперативнаяпамять, RAM, Random Access Memory) предназначенодля хранения информации (программ и данных),участвующей в вычислительном процессе на текущемэтапе функционирования ПК.
Оперативная памятьэнергозависимая:при отключениипитания информация,хранящаяся в ней, теряется.
![Page 19: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/19.jpg)
Справочная информацияОперативная память выполняется в виде отдельных модулей, которыеустанавливаются в соответствующие разъемы на системной плате.Существуют следующие типы модулей:SIMM. Модуль памяти с односторонним расположением выводов. Устаревший тип.DIMM. Модуль, имеющий двухстороннее расположение выводов.SODIMM. Компактный вариант модуля DIMM, который используется в ноутбуках.
На сегодняшний день используются модули оперативной памяти DIMM и SODIMM
стандартов DDR2 и DDR3.
Каждый модуль состоит из нескольких чипов памяти. Каждый чип памяти – это особая матрица из миллионов миниатюрных конденсаторов, которые являются элементарными ячейками памяти и могут находиться в заряженном (1) и разряженном (0) состоянии. Кроме конденсаторов на чипе есть схемы управления чтением, записью и регенерацией данных (для восстановления заряда конденсаторов, поскольку со временем они самопроизвольно разряжаются).
![Page 20: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/20.jpg)
Внешние запоминающие устройства
Внешние запоминающие устройства (внешняя память)используется для долговременного хранения программ иданных, записи и выдачи хранимой информации по запросув оперативное запоминающее устройство.
Все эти устройства являются энергонезависимыми.
К внешним запоминающим устройствам относятся: Жесткие диски. Устройства со сменными носителями. Дисководы гибких магнитных дисков. Устаревшее средство
хранения информации. Приводы для оптических дисков (CD/DVD). Запоминающие устройства флэш-памяти (USB накопители flash-
памяти, flash-карты).
![Page 21: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/21.jpg)
Жесткий диск(винчестер, Hard Disk Drive, HDD)
Жесткий диск (винчестер, Hard Disk Drive, HDD) –носитель большого объема информации, на котором хранится все программное обеспечение компьютера.
![Page 22: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/22.jpg)
Справочная информация
В этих накопителях круглые алюминиевые пластиныпокрытые слоем магнитного материала вместе с блокоммагнитных головок для считывания/записи помещены вгерметически закрытый корпус.
У жестких магнитных дисков в качестве запоминающейсреды используются магнитные материалы со специальнымисвойствами, позволяющими фиксировать два состояния –два направления намагниченности. Каждому из этихсостояний ставятся в соответствие двоичные цифры: 0 и 1.
В настоящее время используются диски объемом 200 Гб – 4 Тби интерфейсами подключения к системной плате SATA и SCSI.
![Page 23: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/23.jpg)
Накопители на гибких магнитных дисках Floppy Disk Drive, FDD
![Page 24: Архитектура персонального компьютераpnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/lecture2.pdf · Устройства ввода/вывода информации](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060223/5f07da417e708231d41f1381/html5/thumbnails/24.jpg)
Накопители на оптических дисках
Неперезаписываемые оптические диски (компакт диски, CD-ROM – Compact Disc Read Only Memory)
Объем информации ~ 700 Мб.
Перезаписываемые оптические диски с однократной (CD-R – Compact Disk Recordable) и многократной (CD-RW – Compact Disk ReWritable)
Объем информации ~ 700 Мб.
DVD-диски (Digital Versatile Disk – цифровой диск общего назначения)
Объем информации до 17 Гб.