По этим магистралям происходит обмен данными между внутренними и внешними устройствами процессора
Обновлено: 06.07.2024
Как уже отмечалось, персональный компьютер представляет собой наиболее развитый вид микропроцессорных систем. На основе персональных компьютеров можно строить самые сложные контрольно-измерительные, управляющие , вычислительные и информационные системы . Имеющиеся в персональном компьютере аппаратные и программные средства делают его универсальным инструментом для самых разных задач.
В случае вычислительных и информационных систем персональный компьютер не нуждается в подключении нестандартной аппаратуры, все сводится к подбору или написанию необходимого программного обеспечения. В случае же контрольно-измерительных и управляющих систем персональный компьютер оснащается набором инструментов для сопряжения с внешними устройствами и соответствующими программными средствами. Во многих случаях строить систему на основе персонального компьютера оказывается гораздо проще, быстрее и даже дешевле, чем проектировать ее с нуля на базе какого-то микропроцессора, микропроцессорного комплекта или микроконтроллера .
Конечно, в большинстве случаев система на основе персонального компьютера оказывается сильно избыточной, это плата за универсальность . Но в то же время один и тот же компьютер может решать самые разнообразные задачи. Например, в системе управления технологическими процессами или научными установками он может математически моделировать происходящие процессы, выдавать в реальном времени управляющие сигналы, принимать в реальном времени ответные сигналы, накапливать информацию, обрабатывать ее, обмениваться информацией с другими компьютерами и т.д. Развитый интерфейс пользователя (видеомонитор, полноразмерная клавиатура, мышь ) делают работу с персональным компьютером комфортной и эффективной. А стоимость персональных компьютеров вследствие большого объема выпуска постоянно снижается. Поэтому их использование не только удобно, но и экономически выгодно.
Но чтобы грамотно и полноценно использовать персональный компьютер в составе любых систем, надо иметь представление о его архитектуре , об основных принципах построения, об устройствах, входящих в его состав, наконец, о внешних интерфейсах.
7.1. Архитектура персонального компьютера
Персональный компьютер типа IBM PC имеет довольно традиционную архитектуру микропроцессорной системы и содержит все обычные функциональные узлы: процессор , постоянную и оперативную память , устройства ввода/вывода, системную шину, источник питания (рис.7.1). Основные особенности архитектуры персональных компьютеров сводятся к принципам компоновки аппаратуры, а также к выбранному набору системных аппаратных средств.
Рис. 7.1. Архитектура персонального компьютера типа IBM PC.
Функции основных узлов компьютера следующие:
Важная особенность подобной архитектуры — ее открытость, то есть возможность включения в компьютер дополнительных устройств, причем как системных устройств , так и разнообразных плат расширения. Открытость предполагает также возможность простого встраивания программ пользователя на любом уровне программного обеспечения компьютера.
Первый компьютер семейства, получивший широкое распространение, IBM PC XT, был выполнен на базе оригинальной системной магистрали PC XT- Bus . В дальнейшем (начиная с IBM PC AT) она была доработана до магистрали, ставшей стандартной и получившей название ISA ( Industry Standard Architecture ). До недавнего времени ISA оставалась основой компьютера. Однако, начиная с появления процессоров i486 (в 1989 году), она перестала удовлетворять требованиям производительности, и ее стали дублировать более быстрыми шинами: VLB ( VESA Local Bus ) и PCI ( Peripheral Component Interconnect bus ) или заменять совместимой с ISA магистралью EISA ( Enhanced ISA ). Постепенно шина PCI вытеснила конкурентов и стала фактическим стандартом, а начиная с 1999 года в новых компьютерах рекомендуется полностью отказываться от магистрали ISA , оставляя только PCI . Правда, при этом приходится отказываться от применения плат расширения, разработанных за долгие годы для подключения к магистрали ISA .
Другое направление совершенствования архитектуры персонального компьютера связано с максимальным ускорением обмена информацией с системной памятью. Именно из системной памяти компьютер читает все исполняемые команды, и в системной же памяти он хранит данные. То есть больше всего обращений процессор совершает именно к памяти. Ускорение обмена с памятью приводит к существенному ускорению работы всей системы в целом. Но при использовании для обмена с памятью системной магистрали приходится учитывать скоростные ограничения магистрали. Системная магистраль должна обеспечивать сопряжение с большим числом устройств, поэтому она должна иметь довольно большую протяженность; она требует применения входных и выходных буферов для согласования с линиями магистрали. Циклы обмена по системной магистрали сложны, и ускорять их нельзя. В результате существенного ускорения обмена процессора с памятью по магистрали добиться невозможно.
Разработчиками был предложен следующий подход. Системная память подключается не к системной магистрали, а к специальной высокоскоростной шине, находящейся "ближе" к процессору, не требующей сложных буферов и больших расстояний. В таком случае обмен с памятью идет с максимально возможной для данного процессора скоростью, и системная магистраль не замедляет его. Особенно актуальным это становится с ростом быстродействия процессора (сейчас тактовые частоты процессоров персональных компьютеров достигают 1—3 ГГц).
Таким образом, структура персонального компьютера из одношинной, применявшейся только в первых компьютерах, становится трехшинной (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Организация связей в случае трехшинной структуры.
Назначение шин следующее:
- к локальной шине подключаются центральный процессор и кэш -память (быстрая буферная память );
- к шине памяти подключается оперативная и постоянная память компьютера , а также контроллер системной шины;
- к системной шине (магистрали) подключаются все остальные устройства компьютера.
Все три шины имеют адресные линии, линии данных и управляющие сигналы. Но состав и назначение линий этих шин не совпадают между собой, хотя они и выполняют одинаковые функции. С точки зрения процессора, системная шина ( магистраль ) в системе всего одна, по ней он получает данные и команды и передает данные как в память , так и в устройства ввода/вывода.
Временные задержки между системной памятью и процессором в данном случае минимальны, так как локальная шина и шина памяти соединены только простейшими быстродействующими буферами. Еще меньше задержки между процессором и кэш -памятью, подключаемой непосредственно к локальной шине процессора и служащей для ускорения обмена процессора с системной памятью.
Если в компьютере применяются две системные шины, например, ISA и PCI , то каждая из них имеет свой собственный контроллер шины, и работают они параллельно, не влияя друг на друга. Тогда получается уже четырехшинная, а иногда и пятишинная структура. Пример такой структуры компьютера приведен на рис. 7.3.
В наиболее распространенных настольных компьютерах класса Desk-top в качестве конструктивной основы используется системная или материнская плата ( motherboard ), на которой располагаются все основные системные узлы компьютера, а также несколько разъемов (слотов) системной шины для подключения дочерних плат — плат расширения (интерфейсных модулей, контроллеров, адаптеров). Как правило, современные системные платы допускают замену процессора, выбор его тактовой частоты, замену и наращивание оперативной памяти, выбор режимов работы других узлов.
На системной плате сейчас обычно располагаются также основные средства внешнего интерфейса, служащие для присоединения как встроенных устройств (например, дисковых носителей), так и внешних устройств компьютера (например, клавиатуры, мыши, принтера, сканера, модема). Для подключения видеомонитора, как правило, используется специальная плата расширения ( контроллер дисплея), вставляемая в один из слотов. Это позволяет заменять ее более мощной при необходимости установки нового монитора.
Отметим, что для получающих все более широкое распространение портативных персональных компьютеров класса ноутбуков ( notebook ) применяются несколько иные конструктивные решения. В частности, в них отсутствуют слоты расширения системной шины, а практически все узлы компьютера выполняются на одной плате. Но мы в основном будем говорить о компьютерах типа desktop (настольных), так как именно они наиболее приспособлены для построения сложных систем, допускают довольно простую модернизацию ( upgrade ) и настройку на конкретные нужды пользователя.
Во второй половине XX века два крупнейших ученых независимо друг от друга сформулировали основные принципы построения компьютера.
К основополагающим принципам Неймана-Лебедева можно отнести следующие:
1. Состав основных компонентов вычислительной машины.
2. Принцип двоичного кодирования.
3. Принцип однородности памяти.
4. Принцип адресности памяти.
5. Принцип иерархической организации памяти.
6. Принцип программного управления.
Рассмотрим подробно каждый из принципов Неймана-Лебедева. Любое устройство, предназначенное для автоматических вычислений, должно содержать определённый состав основных компонентов: блок обработки данных, блок управления, блок памяти и блоки ввода/вывода информации.
Перечисленные в функциональной схеме блоки есть и у современных компьютеров. К ним относятся:
- Арифметико-логическое устройство — АЛУ, в котором происходит обработка данных.
- Устройство управления (УУ) отвечает за выполнение программы и согласование взаимодействий всех узлов компьютера. В современных компьютерах АЛУ и УУ изготавливаются в виде единой интегральной схемы — микропроцессора.
- Память — устройство, где хранятся программы и данные. Различают внутреннюю и внешнюю память. Основная часть внутренней памяти предназначена для оперативного хранения программ и данных, её принято называть оперативным запоминающим устройством — ОЗУ. К внутренней памяти относится и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство, англ. ROM — Read Only Memory для диктора рид онли мемори), в нём содержится программа начальной загрузки компьютера. Основное отличие ПЗУ от ОЗУ заключается в том, что при решении задач пользователя содержимое ПЗУ не может быть изменено. Внешняя память, называемая ещё долговременной, используется для длительного хранения программ и данных.
- Устройства ввода используются для преобразования данных в удобную для обработки компьютером форму.
- Устройства вывода преобразуют работу ЭВМ в удобную для восприятия человеком форму.
Отличительной особенностью функциональной схемы компьютеров первых поколений от являлось то, что программное управление всеми процессами ввода-вывода происходило от процессора.
Рассмотрим принцип двоичного кодирования информации. Он заключается в том, что в ЭВМ используется двоичная система счисления. Это означает, что любая информация, предназначенная для обработки на компьютере, а также и программы, представляются в виде двоичного кода, т. е. последовательности нулей и единиц.
Благодаря использованию двоичного кодирования для представления не только данных, но и программ, форма их представления становится одинаковой, а это означает, что их можно хранить в единой памяти, поскольку нет принципиальной разницы между двоичным представлением машинной команды, числа, символа и др. В этом заключается принцип однородности памяти.
Оперативная память компьютера представляет собой набор битов — однородных элементов с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых соответствует нулю, другое — единице. Группы соседних битов объединяются в ячейки памяти, которые пронумерованы, т. е. имеют свой адрес. Это соответствует принципу адресности памяти.
На современных компьютерах может одновременно извлекаться из памяти и обрабатываться до 64 разрядов, т. е. восьми байтовых ячеек. Это стало возможным при реализации принципа параллельной обработки данных.
С позиции пользователя существуют два противоречивых требования, предъявляемых к памяти компьютера: память должна быть как можно больше, а скорость работы — как можно быстрее.
Противоречие заключается в том, что при увеличении объёма памяти неизбежно уменьшается скорость работы, поскольку увеличивается время на поиск данных. С другой стороны, более быстрая память является и более дорогой, что увеличивает общую стоимость компьютера.
Преодолением противоречия между объёмом памяти и её быстродействием стало использование нескольких различных видов памяти, связанных друг с другом. В этом состоит принцип иерархической организации памяти.
Основным отличием компьютеров от любых других технических устройств является программное управление их работой.
Важным элементом устройства управления является счётчик адреса команд, где в любой момент времени хранится адрес следующей по порядку выполнения команды. Используя значение из счётчика, процессор поочередно считывает из памяти команду программы, расшифровывает её и выполняет. Действия выполняются до завершения работы программы.
Современные персональные компьютеры разнообразны — это и настольные, и переносные, и планшетные устройства. Они различаются по размерам, назначению, но фунциональное устройство у них одинаковое.
Оно определяется архитектурой персонального компьютера.
Архитектура — это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его основных функциональных узлов.
Для рассмотрения взаимодействие основных функциональных узлов обратимся к функциональной схеме компьютера.
На ней представлены основные узлы современного компьютера, к которым, как вам уже известно, относятся процессор, внутренняя память, устройства ввода, устройства вывода и внешняя память.
В компьютерах с классической фон-неймановской архитектурой все процессы ввода-вывода находились под управлением процессора. Поскольку процессор является самым быстрым устройством, то любое обращение к устройствам ввода-вывода и ожидание отклика от них замедляло общее время работы.
В современных компьютерах эту проблему решают специальные электронные схемы, которые обеспечивают обмен данных между процессором и внешними устройствами. Они называются контрОллерами, а на функциональной схеме они обозначены буквой К.
При наличии контроллеров данные могут передаваться по магистрали между внешними устройствами и внутренней памятью без использования процессора.
Это существенно снижает нагрузку на работу центрального процессора, а значит приводит к повышению эффективности работы всей вычислительной системы.
Обмен данными между устройствами осуществляется с помощью магистрали.
Магистраль (шина) — устройство для обмена данными между устройствами компьютера.
Магистраль включает в себя шину адреса, шину данных и шину управления.
Шина адреса используется для указания физического адреса устройства;
Шина данных используется для передачи данных между узлами компьютера;
Шина управления организует сам процесс обмена (сигналы чтение/запись, данные готовы/не готовы, обращение к внутренней/внешней памяти и др.)
В современных компьютерах применяется магистрально-модульная архитектура, главное достоинство которой лежит в гибкости конфигурации, т. е. возможности изменить конфигурацию компьютера путём подключения к шине новых внешних устройств, а также замене старых внешних устройств.
Если спецификация на шину опубликована производителем, т. е. является открытой, то говорят о принципе открытой архитектуры. В этом случае пользователь самостоятельно может выбрать дополнительные устройства для формирования компьютерной системы, учитывающей именно его предпочтения.
Мир современных компьютеров широк и многообразен. Персональные компьютеры давно стали многоядерными. Это относится в том числе к смартфонам и планшетным компьютерам.
Однако, существуют не только персональные компьютеры, но и значительно более нагруженные вычислительные системы. Мы начали урок с путешествия в один из дата-центров Яндекса и вы видели огромное количество серверов, которые позволяет обеспечивать пользователей качественными сервисами в режиме 24х7 с высокой скоростью доступа.
Существуют сегодня и суперкомпьютеры, способные решать научные задачи, производить вычисления, связанные с космическими телами, исследованиями микромира и др.
Технические характеристики электронной техники находятся вблизи предельных значений, а это означает необходимость новых технологических решений. Сегодня ведутся исследования в области нанотехнологий, квантовых и биологических компьютеров. Одна из задач вашего поколения — найти новые технологические решения для увеличения мощности компьютеров будущего.
На прошлых уроках вы познакомились с назначением и характеристиками основных устройств компьютера. Очевидно, что все эти устройства не могут работать по отдельности, а только в составе всего компьютера. Поэтому для понимания того, как компьютер обрабатывает информацию, необходимо рассмотреть структуру компьютера и основные принципы взаимодействия его устройств.
В соответствии с назначением компьютера как инструмента для обработки информации взаимодействие входящих в него устройств должно быть организованно таким образом, чтобы обеспечить основные этапы обработки информации. (Какие?) Схему устройства компьютера мы рассмотрели на 5 уроке. (Вспоминаем.)
Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере, называется данными.
Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой.
Обработка данных на компьютере:
1. Пользователь запускает программу, хранящуюся в долговременной памяти, она загружается в оперативную и начинает выполняться.
2. Выполнение: процессор считывает команды и выполняет их. Необходимые данные загружаются в оперативную память из долговременной памяти или вводятся с помощью устройств ввода.
3. Выходные (полученные) данные записываются процессором в оперативную или долговременную память, а также предоставляются пользователю с помощью устройств вывода информации.
Для обеспечения информационного обмена между различными устройствами должна быть предусмотрена какая-то магистраль для перемещения потоков информации.
Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).
Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.
Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).
Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.
Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.
Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Каждая отдельная функция компьютера реализуется одним или несколькими модулями – конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Организация структуры компьютера на модульной основе аналогична строительству блочного дома. Основными модулями компьютера являются память и процессор. Процессор – это устройство управляющее работой всех блоков компьютера. Действия процессора определяются командами программы, хранящейся в памяти.
Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.
Магистрально-модульный принцип имеет ряд достоинств:
1. для работы с внешними устройствами используются те же команды процессора, что и дл работы с памятью.
2. подключение к магистрали дополнительных устройств не требует изменений в уже существующих устройствах, процессоре, памяти.
3. меняя состав модулей можно изменять мощность и назначение компьютера в процессе его эксплуатации.
Принцип открытой архитектуры – правила построения компьютера, в соответствии с которыми каждый новый блок должен быть совместим со старым и легко устанавливаться в том же месте в компьютере.
В компьютере столь же легко можно заменить старые блоки на новые, где бы они ни располагались, в результате чего работа компьютера не только не нарушается, но и становится более производительной. Этот принцип позволяет не выбрасывать, а модернизировать ранее купленный компьютер, легко заменяя в нем устаревшие блоки на более совершенные и удобные, а так же приобретать и устанавливать новые блоки. Причем во всех разъемы для их подключения являются стандартными и не требуют никаких изменений в самой конструкции компьютера.
Тема урока : Организация и основные характеристики памяти и микропроцессора персонального компьютера.
Тип урока : комбинированный
Ознакомить со структурой процессора и памяти персонального компьютера, их характеристиками;
Показать принципы работы процессора и памяти.
Освоить структуру, характеристики и способы ускорение процессора и назначение различных типов памяти;
Развивающая:
Расширить кругозор и развить логическое мышление студентов;
Воспитательная:
Воспитание информационной культуры студентов, внимательности, дисциплинированности, аккуратности, усидчивости;
Методическая цель: Использование игровых технологий, компьютерной презентации на разных этапах урока.
Материально-техническое оснащение: поурочный план, краткий конспект по теме для студентов, телевизор, компьютер, презентационные материалы;
Актуализация и проверка знаний:
Игра «Проверь себя»
Изучение нового материала
Лекция с использованием компьютерной презентации;
Конспектирование основных положений темы;
Закрепление нового материала
Организационный этап (приветствие, мотивация студентов);
Актуализация и проверка знаний: Игра «Проверь себя».
Группа делятся на 3-команды.
1. Какой ученый занимался созданием вычислительной техники в нашей стране?
2. Найди пару и соедини стрелками:
3. Разгадайте ребус
4. Назовите имя первой программистки, в честь которой назван один из современных языков программирования?
(Ада Августа Лавлейс – дочь великого поэта Байрона (писала программы для аналитической машины Ч. Беббидж.)
5. Кто автор этих строк, и какое они имеют приложение в информатике?
Мы почитаем всех нулями,
А, единицами себя. (А.С. Пушкин)
6. Определи тип устройства и поставь (+) в соответствующей клетке таблицы.
7 . Выбери правильный ответ.
Поколения ЭВМ отличаются друг от друга:
А) автором создания вычислительной техники;
В) программными средствами;
С) элементной базой;
Д) периодом создания вычислительной техники.
8. Определение персонального компьютера.
9. Угадай слово:
10.
11. .
12 .
13 . С помощью чего осуществляется связь между устройствами компьютера? (системная шина).
15. Переставь буквы так, чтобы получилось слово:
А) ЯТЬПМА; В) ЕХРАНЕНИ; С) ИТОМНР; Д) РНТПИЕР;
Е) ЛВКАТУИРАА; К) ММЕОД; Л) ОРССПРОЕЦ;
16. С какой информацией может работать компьютер? Отметить :
Графическая
18.Расположи в историческом порядке:
21. Как называется системная плата?
- это устройство ввода и вывода информации?
23. Какое устройство предназначено для обработки изображений?
24. Устройство предназначено для работы со звуком?
26. Какой принтер обладает более высоким качеством печати – матричный или лазерный?
27. Классификация персональных компьютеров.
28.
Изучение нового материала
На прошлых уроках мы рассматривали вопросы: архитектура персонального компьютера, магистрально-модульный принцип построения персонального компьютера. Сегодня продолжаем рассматривать основные устройства персонального компьютера: процессор и память.
Что такое «МОЗГ» ПК?
Что такое память ПК?
Основные характеристики памяти и процессора.
Слайд 6; ( Запись в тетрадь)
1. В современных компьютерах АЛУ и УУ образуют один блок, называемый микропроцессором. Процессор является основной микросхемой компьютера и представляет собой небольшую плоскую полупроводниковую платину размером примерно 5Х5см., на которой размещается более 10 млн. функциональных элементов.
Процессор обрабатывает информацию, выполняя определенные команды. Таких команд может быть более тысячи. У каждой команды есть свой код (номер). Например: 000, 001, 002 и т.д. Коды всех команд процессора записаны в двоичной форме в специальном документе, который называется системой команд процессора.
( Запись в тетрадь)
На системной (материнской) плате размещаются:
Слайд 11. Степень интеграции определяется размером кристалла и количеством реализованных в нем транзисторов. В современных ПК в кристалле может размещаться до 5,5 млн. транзисторов. Транзисторы образуют сложную структуру и позволяют процессору производить обработку информации с очень высокой скоростью.
Слайд 12. Назначение микропроцессора:
Выполнять команды программы, находящейся в оперативной памяти;
2. Координировать работу всех устройств компьютера. Запись в тетрадь . ( Запись в тетрадь)
В состав процессора обязательно входят:
Устройство управления (координирует работу всех устройств компьютера);
Арифметико-логическое устройство (выполняет команды программы, находящейся в оперативной памяти);
Регистры памяти (ячейки, в которые по очереди помещаются команды программы, по которой работает процессор и вся необходимая информация для их выполнения);
Шины данных, команд и адресов (по этим магистралям происходит обмен данными между внутренними устройствами процессора и внешними по отношению к нему);
Слайд 13. ( Запись в тетрадь)
Регистры это ячейка процессора, в которой хранится машинное слово. Машинное слово представляет собой некоторое число или команду, которая, записана в двоичном виде. Существуют много разнообразных процессоров, и у каждого свои регистры. Регистры различаются по размеру и по назначению.
Бывают регистры общего назначения , которые используются для операций с данными.
Адресные регистры служат для хранения адресов, по которым процессор находит данные в памяти.
Флаговые регистры включаются и выключаются в особых случаях и т.д. ( Нарисовать схему)
Тактовая частота обработки информации
«Сердцем» ПК является генератор тактовой частоты. Тактовый генератор вырабатывает электрические импульсы, которые «несут» информацию от одного устройства к другому. Скорость передачи информации между устройствами компьютера называется тактовой частотой.
Тактовая частота влияет на скорость работы, быстродействие процессора. Чем она выше, тем быстрее работает процессор и тем больше информации он может обработать. Повышение тактовой частоты происходит от одной модели процессора к другой . (Запись в тетрадь).
2. Память разделяют на 2 категории: внутренняя и внешняя.
Слайд 18 . (Запись в тетрадь)
Слайд 19 (Запись в тетрадь)
Рассмотрим оперативной память
.
Оперативная память (RA M , ОЗУ - Оперативное запоминающее устройство) – это тип внутренней памяти ПК, быстрое запоминающее устройство, не очень большого объема, связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных.
В ячейку можно записать только 0 или 1, т.е. 1 бит информации. Такая ячейка называется – «бит». Это наименьшая частица памяти ПК, в связи с этим память имеет битовую структуру, которая определяет - первое свойство ОЗУ – дискретность.
Бит является слишком маленькой единицей информации, поэтому биты объединили в группы по 8 – это байт . В одном байте можно сохранить 1 байт информации. Каждый байт получает порядковый номер – адрес. Адресуемость – второе свойство ОЗУ . Нумерация начинается с нуля.
Мы можем в любое время прийти к кому-нибудь в гости, если знаем адрес. Аналогично доступ к любой ячейке осуществляется в любой момент времени. Поэтому оперативная память называют RAM памятью с произвольным доступом.
Объем оперативной памяти зависит от количества разрядов, отведенных под адрес.
Если принята 32- разрядная адресация, тогда 2 32 = 4 294 967 296 байт .
Характеристика оперативной памяти
Частота системной шины * объем данных , передаваемых за один такт = пропускная способность (производительность).
Шириной шины современной памяти составляет 64 бита (или 8 байт).
Отсюда считаем, что производительность оперативной памяти типа DDR400 равна 400 МГц * 8 байт = 3200 Мбайт (или 3.2 Гбайт) в секунду.
Отсюда происходит другое обозначение памяти - PC3200.
Виды RAM: (Запись в тетрадь)
Полупроводниковая статическая ( SRAM ) – ячейки представляют собой полупроводниковые триггеры. Достоинства – небольшое энергопотребление, высокое быстродействие. Недостатки – малый объем, высокая стоимость. Сейчас широко используется в качестве кэш-памяти процессоров;
Чтобы процессор реже обращался к ОЗУ, внутри него создают небольшой участок памяти размером 256 или 512 Мбайт. Это называется Кэш-память ( cache – тайник,запас) -«сверхоперативная память».
Полупроводниковая динамическая ( DRAM ) каждая ячейка представляют собой конденсатор. Достоинства – низкая стоимость, большой объем. Недостатки – необходимость периодического считывания и перезаписи каждой ячейки – т.к. «регенерации», и как следствие понижение быстродействия, большое энергопотребление. Обычно в качестве оперативной памяти компьютеров.
3. Специальная память: (Запись в тетрадь)
1. Постоянная память (ROM (только для чтения данных), ПЗУ – постоянное запоминающее устройство) – которое еще называют встроенной программой, представляет собой интегральную микросхему , при изготовлении запрограммированную определенными данными.
ПЗУ используются не только в компьютерах, но и в большинстве других электронных устройств. Постоянная память – энергонезависимая память.
2. Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с диски Важнейшая микросхема постоянной перепрограммируемой памяти – модуль BIOS ( Basic Input - output System ) – базовая система ввода-вывода. Энергонезависимая память используется для хранения данных, которые никогда не потребует изменения. Содержание памяти специальным образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать. Роль BIOS двоякая: с одной стороны, это неотъемлемый элемент аппаратуры, а с другой стороны – важный стороны – важный модуль любой операционной системы.
3. CMOS память – это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки, расположенной в материнской плате. Зарядка хватает на несколько лет. Наличие этого вида памяти отслеживает время и календарь, даже ПК выключен.
Слайд 25. 3. Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, это энергозависимый тип памяти. К ним относятся накопители на жестких магнитных дисках (жесткий диск или винчестер), магнитные диски, CD -диски, DVD – диски, флэш-память.
IV . Закрепление нового материала
Определить характеристики процессора прайс-листам:
Intel Pentium 4 3.0 G 800 MHz /1 M
Определить характеристики ПК по его конфигурации:
Соедини стрелками:
V . Подведение итогов
VI . Домашнее задание.
Выучить назначение и основные функции и характеристики процессора и памяти. Создать таблицу на тему: «Поколения процессоров Intel ».
Процессор является основной микросхемой компьютера и представляет собой небольшую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 2Х2 см., на которой размещается десятки млн функциональных элементов. У компьютеров 4 поколения функции процессора выполняет микропроцессор – сверхбольшая интегральная схема, реализованная в едином полупроводниковом кристалле площадью меньше 0,1 см² .
На таком кристалле может размещаться до 5,5 млн. транзисторов. Эти элементы образуют сложную структуру и позволяют процессору производить обработку информации с очень высокой скоростью. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к материнской плате компьютера.
Назначение микропроцессора:
- Выполнять команды программы, находящейся в оперативной памяти.
- Координировать работу всех устройств компьютера.
В состав процессора обязательно входят:
- устройство управления (координирует работу всех устройств компьютера);
- арифметико-логическое устройство (выполняет команды программы, находящейся в оперативной памяти);
Характеристики процессора:
1. Тактовая частота – скорость передачи информации между устройствами компьютера (измеряется в МГц и ГГц 1МГц=миллион тактов в секунду).
Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду. Такт – это промежуток времени между двумя последовательными импульсами, подаваемыми специальной микросхемой – генератором тактовой частоты (вырабатывает электрические импульсы и посылает их по проводам; чем быстрее идет электрический сигнал, тем быстрее процессор обрабатывает информацию) .
2. Разрядность процессора - это число одновременно обрабатываемых процессором битов.
Различают внутреннюю и внешнюю разрядность.
Внутренняя разрядность процессора определяет, какое количество битов он может обрабатывать одновременно при выполнении арифметических операций.
Внешняя разрядность процессора определяет сколько битов одновременно он может принимать или передавать во внешние устройства.
3 .Адресное пространство процессора - максимальное количество памяти, которое процессор может обслужить.
Одной из функций процессора является организация обмена данных между внешней памятью и оперативной памятью. Для того, чтобы в оперативной памяти найти нужные данные, процессор должен знать их адрес. Адрес к процессору передается по адресной шине. Если шина является N-разрядной, то по ней можно передать 2 N двоичных чисел.
2 N - это объем адресного пространства процессора.
ДОПОЛНИТЕЛЬНО СИСТЕМА КОМАНД ПРОЦЕССОРА
ДОПОЛНИТЕЛЬНО МНОГОЯДЕРНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ
Читайте также: