Что координирует работу всех устройств компьютера

Обновлено: 03.07.2024

Архитектура компьютера, организация внутренней и внешней памяти, магистраль, принципы работы и конфигурация компьютера

Для того чтобы понимать возможности и ограничения, существующие при работе с компьютерами, и уметь автоматизировать информационные процессы, недостаточно знать, из каких функциональных устройств состоит компьютер. Необходимо иметь представление о структуре компьютера и понимать принципы организации работы компьютера. Говоря другими словами, необходимо иметь представление об архитектуре компьютера.

Архитектура компьютера — структура и принципы организации работы компьютера, рассматриваемые без особенностей их технической реализации.

Все информационные процессы в компьютере осуществляются автоматически под управлением программ, созданных программистами. Программы состоят из команд. Процессор выполняет последовательность команд, обрабатывает данные и управляет всеми устройствами компьютера автоматически.

Вся информация в компьютере (данные и программы) хранится, обрабатывается и передается с использованием двоичного кода. Иначе говоря, информация в компьютере кодируется последовательностью нулей и единиц.

Адрес ячейки (адрес байта) — порядковый номер ячейки (байта) внутренней памяти компьютера.

Адрес ячейки памяти, как и вся информация в компьютере, представлен с использованием двоичного кода. Количество ячеек (байтов) памяти, а значит, емкость внутренней памяти зависит от количества двоичных разрядов, используемых для кодирования адреса ячейки (байта). Например, если для кодирования адреса ячейки использовано 8 двоичных разрядов (8 битов), то можно закодировать 256 адресов ячеек (28 = 256). А поскольку каждая ячейка содержит 1 байт информации, то информационная емкость всех ячеек памяти, имеющих адреса, составит 256 байтов, нумеруемых с 0 по 255 (табл. 21).

Носители внешней памяти компьютера размечаются (форматируются) на секторы. Каждому сектору присваивается свой порядковый номер, который называется адресом сектора. Информационная емкость одного сектора, как правило, составляет 512 байтов. Поскольку информационная емкость одного сектора довольно мала, то соседние секторы могут быть объединены в кластеры. В зависимости от параметров разметки носителя один кластер может содержать 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 соседних секторов. Обращение к кластеру происходит по адресу — порядковому номеру кластера.

Данные и программы хранятся в памяти компьютера единообразно с использованием двоичного кода. Причем в одних и тех же ячейках или секторах памяти в разное время могут храниться как данные, так и программы. Учитывая это, говорят, что память компьютера однородна.

Взаимодействие всех устройств компьютера осуществляется через общий канал связи — магистраль, которую также называют системной шиной. По магистрали передаются команды и обрабатываемые данные, адреса ячеек памяти, где хранятся данные или команды, управляющие сигналы, координирующие работу устройств компьютера. Через магистраль процессор управляет и высокоскоростными (регистры процессора, оперативная память, кэш-память) и низкоскоростными (внешняя память, устройства ввода и вывода) устройствами компьютера. Взаимодействие с низкоскоростными устройствами, как правило, требует преобразования сигналов (например, из аналогового сигнала в цифровой сигнал) и выполнения определенных операций. Для того чтобы процессор не ждал, пока низкоскоростные устройства выполнят его команды, используются контроллеры, которые управляют работой таких устройств. Контроллеры частично выполняют функцию процессора, и в этом случае говорят уже не о процессоре, а о центральном процессоре и контроллерах.

Магистраль компьютера (системная шина компьютера) — совокупность проводников, связывающих центральный процессор и внутреннюю память с устройствами управления внешней памятью, устройствами ввода и вывода для передачи адресов ячеек памяти, данных, программ и служебных сигналов.

Основной характеристикой магистрали является ее разрядность, которая определяется количеством одновременно передаваемых битов информации. Разрядность магистрали напрямую связана с количеством двоичных разрядов, отводимых для кодирования адреса ячейки памяти, а значит, и с емкостью внутренней памяти компьютера. Разрядность магистрали должна быть согласована с разрядностью процессора.

Компьютер собирается из отдельных блоков (модулей) аналогично тому, как собирается игрушечный дом из кубиков детского конструктора. В компьютере можно заменять и добавлять блоки при условии их совместимости. Это не только не нарушит работу компьютера, но и, возможно, повысит его производительность или увеличит количество выполняемых им функций.

Таким образом, можно выделить следующие основные принципы, которые лежат в основе архитектуры как ранее разработанных, так и большинства современных компьютеров.

Принцип программного управления компьютером — компьютер автоматически управляется командами программы, которые понятны процессору.

Принцип двоичного представления данных и команд в компьютере — вся обрабатываемая информация (данные и команды программы) представляется с использованием двоичного кода, а значит, единообразно представляется в виде последовательности нулей и единиц.

Принцип адресности памяти компьютера — внутренняя память состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой адрес, аналогично внешняя память состоит из секторов, каждый из которых также имеет свой адрес.

Принцип однородности памяти компьютера — обрабатываемые данные и исполняемые программы могут храниться в одной и той же памяти компьютера.

Принцип магистрально-модульного устройства компьютера — все устройства компьютера взаимодействуют через магистраль (системную шину), каждое устройство конструктивно выполнено в виде отдельного блока (модуля), который легко подключается или заменяется.

Принцип открытой архитектуры компьютера — каждый физически неисправный или устаревший по характеристикам блок можно заменить на новый блок без внесения изменений в конструкцию компьютера.

Говорят, что компьютеры, построенные с учетом этих принципов, имеют магистрально-модульную архитектуру (рис. 20).

Все устройства компьютера взаимодействуют через магистраль. Непосредственно к магистрали подсоединяются центральный процессор и основная память компьютера. Остальные устройства подключены к магистрали через контроллеры. Центральный процессор управляет всеми устройствами с помощью команд.

Устройства компьютера могут быть изготовлены как в виде отдельных элементов (например, мышь, клавиатура, видеоадаптер), так и конструктивно объединены в единый блок (например, жесткий диск состоит из самого носителя, накопителя на жестком ди ске и контроллера жесткого диска). Подсоединяя к магистрали наборы разных модулей, можно собирать компьютеры, различные по возможностям, характеристикам и составу устройств. Иначе говоря, можно получать компьютеры разной конфигурации.

Рис. 20. Магистрально-модульная архитектура компьютера

Конфигурация компьютера — совокупность взаимосвязанных устройств, составляющих компьютеры, и их основные технические характеристики.

Приведем пример конфигурации современного персонального компьютера: 32-разрядный центральный процессор с тактовой частотой 3,3 ГГц, оперативная память объемом 1 Гбайт с частотой работы 800 МГц, жесткий диск объемом 320 Гбайтов со скоростью вращения 7200 оборотов в минуту, кэш-память объемом 16 Мбайтов, видеопамять объемом 512 Мбайтов, накопитель DVD ± RW.

Для организации взаимодействия компьютеров в сети каждому компьютеру присваивается уникальный адрес. Так, например, в сетях Интернет и Интранет он называется IP-адрес (Ай Пи адрес). Поскольку IP-адрес состоит из 32 двоичных разрядов, то, используя их, можно закодировать адреса нескольких миллиардов компьютеров. Подключение компьютера к сети обеспечивается устройством ввода-вывода (сетевой картой), которое, с одной стороны, взаимодействует через контроллер с магистралью этого компьютера, а с другой — с компьютерной сетью.

Развитие архитектуры компьютера происходит в нескольких направлениях. Среди них основными являются параллельное выполнение нескольких операций и одновременное использование нескольких процессоров (многопроцессорных систем) в компьютере. Это позволит повысить быстродействие компьютеров и сделать работу человека более эффективной.

В общем случае центральный процессор содержит: — арифметико-логическое устройство — та часть процессора, которая выполняет команды; . В настоящее время наиболее распространены процессоры фирмы Intel.

Новые вопросы в Информатика

1)Что выведется на экран, если изначально а=5, с= 14? ЕСЛИ (a=5) И (c= 12) ТО а+4 ИНАЧЕ С-8 2) Какую форму имеет блок условного оператора на блок-схем … е? а) Треугольник б) Прямоугольник в) Параллелограмм г) Ромб 3) Определить, какое выражение соответствует полной записи алгоритма с ветвлениями: а) Если улетают журавли, то наступила осень б) Если сегодня рабочий день, тогда идти в школу в) Если пойдет дождь, тогда надо взять зонтик, иначе, зонтик не брать в) Если у Миши в правой руке конфет На 5 больше, чем в левой, то в его левой руке конфет на 5 меньше, чем в правой, иначе в обоих руках конфет поровну 4) Даны два числа. Найти большее из них. а)Проверка условия х>у, если условие выполняется, то max:=y, иначе max:=X. б) роверка условия х>у, если условие выполняется, то mаx:=x, иначе max:=X. в) Проверка условия х>у, если условие выполняется, то max:=x, иначе max:=y 5) Определить результат выполнения алгоритма при x=10. ЕСЛИ x>3 TO y=x-2 ИНАЧЕ y=x+5

Два робота реализуют технологический процесс. Технологический процесс состоит из множества операций. Некоторые операции могут быть выполнены только по … сле завершения других операций. В таблице для каждой операции представлена её длительность и номера операций, завершение которых требуется для её начала (прочерк означает, что выполнение операции возможно в любой момент). Номер операции Длительность выполнения операции, секунд Номера предшествующих операций 1 10 - 2 30 - 3 10 1 4 10 1,2 5 20 3,4 6 10 5 7 30 1 Каждый робот может в один момент времени выполнять только одну операцию. Начав выполнять операцию, робот будет выполнять её, не прерываясь до завершения. Завершив операцию, робот может мгновенно приступить к выполнению следующей. Технологический процесс считается завершенным тогда, когда завершены все операции. За какое минимальное время роботы смогут завершить технологический процесс? В ответе укажите целое число секунд.

Определен алгоритм обработки массива. На вход подается массив натуральных чисел, который обрабатывается следующим образом: - сначала все числа, которы … е кратны и 3, и 5 одновременно, заменяются на число -13; - затем все числа кратные 3 заменяются на число -7; - затем все числа кратные 5 заменяются на число -11. Вася выполнил алгоритм, подав на вход массив, заполненный последовательностью натуральных чисел от 1 до N включительно, и вывел получившийся после обработки массив. Укажите такое N, при котором будет выведено “-7” – 11 раз, “-11” – 5 раз, “-13” – 2 раза. В ответе укажите целое число. Если таких значений несколько, укажите максимальное из них.

Строки обрабатываются в соответствии со следующим алгоритмом: Заменить в строке все символы A на подстроку AAB Заменить в строке все символы B на подс … троку BBA Удалить все подстроки AAA Удалить все подстроки BBB Подсчитать количество символов в строке. Если оно более 400, завершить исполнение алгоритма, в противном случае перейти на шаг 1. Пусть исходно была строка BBAB. Определите количество символов A и B в строке, получившейся после обработки. В ответе укажите через пробел два целых числа. Сначала количество символов A, а затем количество символов B.

Срочно! 60 баллов! PYTHON С пояснением!! Написать программу: С ПОЯСНЕНИЕМ КАЖДОГО ДЕЙСТВИЯ. Чтобы не было что какоето число взялось из воздуха. Задани … е: Составить программу, которая печатает true, если точка с координатами (х, у) принадлежит выделенной области, и false в противном случае: Вот само задание ВАЖНО! Чтобы x и y вводились на одной строке через пробел. Чтобы не полная клетка (как например в случае X = -7 ; Y = 1 НЕ УБИРАЛАСЬ). Например я ввожу в уже готовую программу -7 1 и мне должно вывести true, также если я напишу -6.9 1.2 также должно вывести true ( тк программа как бы должна считывать точки и все линии)

Для заданной схемы, составленной из трех логических элементов Э1, Э2, Э3, определить, какое значение будет на выходе схемы для вариантов при х=1;y=1;z … =0; Э1 И-НЕ Э2 ИЛИ Э3 И

Тут надо Нарисовать, как выглядит Палитра, и выделение прямоугольной области, и выделение произвольной области. Они находитмя в компьютере можете на … рисовать?

Существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой.

В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

системный блок;
монитор (подробнее см. здесь);
клавиатуру (подробнее см. здесь);
мышь (подробнее см. здесь).

Помимо компьютеров с базовой конфигурацией всё большее распространение получили мультимедийные компьютеры, оснащенные устройством чтения компакт-дисков, колонками и микрофоном.

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты.

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса.

Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении.

Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования к размещаемым устройствам. Тип, размер, параметры корпуса и называют форм-фактором компьютера.

В настоящее время в основном используются корпуса двух форм-факторов: AT и АТХ.

Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера, так называемой материнской платы.

Материнская плата (системная плата)

Материнская плата (mother board) – основная плата персонального компьютера.

На материнской плате размещаются:

процессор;
оперативная память (ОЗУ, кэш-память)
ПЗУ.
микропроцессорный комплект (чипсет)
разъемы
шины.

координирует работу всех устройств компьютера.

В общем случае центральный процессор содержит:

В настоящее время наиболее распространены процессоры фирмы Intel. Широко используются и микропроцессоры других производителей: Celeron, Athlon.

Важной характеристикой процессора является его производительность- количество элементарных операций, выполняемых им за одну секунду, которая и определяет быстродействие компьютера в целом.

Производительность процессора зависит от:

Тактовая частота определяет число тактов работы процессора в секунду.Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения элементарных операций и тем выше производительность компьютера.

Для числового выражения тактовой частоты используется единица измерения частоты — мегагерц (МГц) — миллион тактов в секунду. Тактовая частота современных микропроцессоров составляет более 3000 МГц.

Разрядность процессора определяет размер минимальной порции информации, над которой процессор выполняет различные операции при её обработке. Эта порция информации, часто называемая машинным словом, представляет собой последовательность двоичных разрядов (бит). Процессор в зависимости от его типа может иметь одновременный доступ к 8, 16, 32, 64 и т.д. битам.

С повышением разрядности увеличивается объем информации, обрабатываемой процессором за один такт, что ведет к уменьшению количества тактов работы, необходимых для выполнения сложных операций.

Кроме центрального микропроцессора во многих компьютерах имеются сопроцессоры — дополнительные специализированные процессоры. Например, математический сопроцессор — микросхема, которая помогает основному процессору в выполнении вычислений при решении на компьютере математических задач.

Внутренние ячейки процессора называют регистрами.

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами:

Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах).

Двухъядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двухъядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических.

В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad состоит из четырёх физических ядер, представляющий собой сборку из двух кристаллов.

19 ноября 2007 года вышел в продажу четырёхъядерный процессор для домашних компьютеров AMD Phenom.

Компания AMD изготовила четырёхъядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, первые четырехъядерные процессоры которой представляют собой склейку двух двухъядерных кристаллов). Первый «четырёхъядерник» фирмы AMD Phenom X4, получился не слишком удачным. Его отставание от современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и более процентов в зависимости от модели.

К 1-2 кварталу 2009 года обе компании обновили свои линейки четырёхъядерных процессоров. Intel представила семейство Core i7. Слабой стороной платформы, использующей Core i7, является её чрезмерная стоимость.

Компания AMD в свою очередь представила линейку процессоров Phenom II X4, по производительности стоит вровень с процессорами Intel предыдущего поколения и весьма значительно отстаёт от Intel Core i7.

Статьи к прочтению:

Как правильно координировать КОМАНДУ ? ДЕНДИ ПОКАЖЕТ

Похожие статьи:

Программный принцип работы компьютера

По своему назначению компьютер - это универсальный прибор для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер - это модель человека, работающего с информацией.

Персональный компьютер (ПК) — это компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. По своим характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные (desktop), портативные (laptop и notebook) и карманные (palmtop) модели ПК.

Аппаратное обеспечение. Поскольку компьютер предоставляет все три класса информационных методов для работы с данными (аппаратные, программные и естественные), принято говорить о компьютерной системе как о состоящей из аппаратных и программных средств, работающих совместно. Узлы, составляющие аппаратные средства компьютера, называют аппаратным обеспечением. Они выполняют всю физическую работу с данными: регистрацию, хранение, транспортировку и преобразование как по форме, так и по содержанию, а также представляют их в виде, удобном для взаимодействия с естественными информационными методами человека.

Устройство компьютера. Любой компьютер (даже самый большой)состоит из четырех частей:

устройства ввода информации
устройства обработки информации
устройства хранения
устройства вывода информации.

Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом. Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах.

Основу компьютеров образует аппаратура, построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств.

Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций

Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации.

Команда — это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.

Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).

Центральный процессор — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Функции процессора:

обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.

Функции памяти:

приём информации из других устройств;
запоминание информации;
выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Принципы фон-Неймана:

1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности.

2. Принцип адресности. Основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору времени доступна любая ячейка.

3. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Таким образом, компьютер представляет собой совокупность устройств и программ, управляющих работой этих устройств.

Принцип работы компьютера:

· С помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.

· Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы и организует ее выполнение. Команда может задавать:

выполнение логических или арифметических операций;
чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций;
запись результатов в память;
ввод данных из внешнего устройства в память;
вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Устройство управления начинает выполнение команды из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему необходимо продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в иной ячейки памяти.

Результаты выполнения программы выводятся на внешнее устройство компьютера.

Компьютер переходит в режим ожидания сигнала от внешнего устройства.

Системное ПО.

Главной частью системного программного обеспечения является операционная система.

Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.

К системному ПО кроме ОС следует отнести и множество программ обслуживающего, сервисного характера. Например, это программы обслуживания дисков (копирование, форматирование), сжатия файлов на дисках (архиваторы) борьбы с компьютерными вирусами и многое другое.

Прикладное программное обеспечение

Для выполнения на компьютере конкретных работ (создания текстов и рисунков, обработки числовых данных и т. д.) требуется прикладное программное обеспечение.

Прикладное программное обеспечение можно разделить на две группы программ: системы программирования и приложения.

Системы программирования являются для программистов-профессионалов инструментами разработки программ на различных языках программирования (Basic, Pascal, С и др.). В настоящее время появились системы визуального программирования (Visual Basic, Borland Delphi и др.), которые позволяют даже начинающему пользователю компьютера создавать несложные программы.

Приложения предоставляют пользователю возможность обрабатывать текстовую, графическую, числовую, аудио- и видеоинформацию, а также работать в компьютерных сетях, не владея программированием.

Практически каждый пользователь компьютера нуждается в приложениях общего назначения, к числу которых относятся: текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, а также приложения для создания мультимедиа-презентаций.

В связи со стремительным развитием глобальных и локальных компьютерных сетей все большее значение приобретают различные коммуникационные программы.

Из-за широкого распространения компьютерных вирусов можно отнести к отдельной группе антивирусные программы.

Для профессиональных целей квалифицированными пользователями компьютера используются приложения специального назначения. К ним относятся системы компьютерной графики, системы автоматизированного проектирования (САПР), бухгалтерские программы, компьютерные словари и системы автоматического перевода и др.

Все большее число пользователей применяет обучающие программы для самообразования или в учебном процессе. Прежде всего, это программы обучения иностранным языкам, программы-репетиторы и тесты по различным предметам

Большую пользу приносят различные мультимедиа-приложения (энциклопедии, справочники и т. д.) на лазерных дисках, содержащие огромный объем информации и средства быстрого ее поиска.

Читайте также: