Основополагающие принципы устройства компьютера презентация

Обновлено: 06.07.2024

Презентация на тему: " К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 1 Устройство компьютера § 32. Принципы устройства компьютеровПринципы устройства компьютеров § 33. Магистрально-модульная." — Транскрипт:

1 К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Устройство компьютера § 32. Принципы устройства компьютеров Принципы устройства компьютеров § 33. Магистрально-модульная организация компьютера Магистрально-модульная организация компьютера

2 К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Устройство компьютера § 32. Принципы устройства компьютеров 2

3 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принципы устройства компьютеров 3 А. Беркс, Г. Голдстайн и Дж. фон Нейман: «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства» (1946) состав основных компонентов вычислительной машины принцип двоичного кодирования принцип адресности памяти принцип иерархической (многоуровневой) организации памяти принцип хранимой программы принцип программного управления

4 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Архитектура фон Неймана 4 Джон фон Нейман ( ) процессор (АЛУ, УУ) внешняя память устройства ввода устройства вывода внутренняя память обрабатывает данные обеспечивает выполнение программы временное хранение данных во время обработки долговременное хранение данных

5 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принцип двоичного кодирования 5 Все данные хранятся в двоичном коде. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua … проще устройства для хранения и обработки данных Троичная ЭВМ «Сетунь» (1959) Н.П. Брусенцов

6 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принцип адресности памяти 6 оперативная память состоит из отдельных битов группы соседних битов объединяется в ячейки каждая ячейка имеет свой адрес (номер) нумерация ячеек начинается с нуля за один раз можно прочитать или записать только целую ячейку

7 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принцип адресности памяти числа A B символычисла Первые ЭВМ (I и II поколения)III и IV поколения размеры ячеек: у первых ЭВМ – 36, 48, 60 битов сейчас – 8 битов

8 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Память с произвольным доступом 8 RAM = Random Access Memory чтение данных из ячеек и запись в них в произвольном порядке ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (оперативная память) ПЗУ – постоянное запоминающее устройство ROM = Read Only Memory содержит программное обеспечение для загрузки и тестирования компьютера запись запрещена

9 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Иерархическая организация памяти 9 Требования к памяти: большой объём высокая скорость доступа Эти требования противоречивы ! ! Использование несколько уровней памяти: внутренняя память (небольшой объём, высокое быстродействие) внешняя память (большой объём, низкое быстродействие) …

10 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принцип хранимой программы Фрагмент коммутационной панели IBM-557 Программа хранится в единой памяти вместе с данными ! ! Код программы хранится в ПЗУ или во внешней памяти и загружается в ОЗУ для решения задач. В гарвардской архитектуре есть отдельные области памяти для программ и данных!

11 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Принцип программного управления 11 программа – это набор команд команды выполняются процессором автоматически в определённом порядке А как? ? Счётчик адреса команд – это регистр процессора, в котором хранится адрес следующей команды. IP (Instruction Pointer) в процессорах Intel

12 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Основной алгоритм работы процессора 12 1)выбрать команду 2)записать в счётчик команд адрес следующей команды 3)выполнить команду 4)перейти к п. 1 Что будет при включении компьютера? ? Начальный адрес может заноситься вручную (в первых ЭВМ) из ПЗУ, аппаратно (тестирование, потом передача управления загрузчику операционной системы)

13 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Что такое архитектура? 13 Архитектура компьютера – это общие принципы построения конкретного семейства компьютеров (PDP, ЕС ЭВМ, Apple, IBM PC, …). принципы построения системы команд и их кодирования форматы данных и особенности их машинного представления алгоритм выполнения команд программы способы доступа к памяти и внешним устройствам возможности изменения конфигурации оборудования К архитектуре НЕ относятся особенности конкретного компьютера: набор микросхем, тип жёсткого диска, ёмкость памяти, тактовая частота и т.д.

14 К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Устройство компьютера § 33. Магистрально-модульная организация компьютера 14

15 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Типы компьютеров 15 настольные (desktop) переносные (ноутбуки) нетбуки (нет привода DVD) моноблок

16 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Типы компьютеров 16 планшетные смартфоны и карманные персональные компьютеры (КПК)

17 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Типы компьютеров 17 суперкомпьютеры «Ломоносов»

18 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Взаимодействие устройств 18 устройства ввода КК внешняя память внешняя память процессор (АЛУ, УУ) процессор (АЛУ, УУ) внутренняя память внутренняя память К устройства вывода шина адреса шина данных шина управления Шина (или магистраль) – это группа линий связи для обмена данными между несколькими устройствами компьютера.

19 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Контроллеры 19 Контроллер это электронная схема для управления внешним устройством и простейшей предварительной обработки данных. устройство К шина адреса шина данных шина управления контроллер клавиатуры контроллер диска сетевая карта видеокарта

20 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Архитектура современных компьютеров 20 Магистрально-модульная архитектура: набор устройств (модулей) легко расширяется путём подключения к шине (магистрали). Принцип открытой архитектуры (IBM): спецификация на шину (детальное описание всех параметров) опубликована производители могут выпускать новые совместимые устройства на материнской плате есть стандартные разъёмы нужны драйвера (программы управления) для каждого устройства

21 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Обмен данными с внешними устройствами 21 Программно-управляемый обмен – все операции ввода и вывода предусмотрены в программе, их полностью выполняет процессор. простота не нужно дополнительное оборудование процессор долго ждёт медленные устройства Идея: пусть устройство само сообщит, что данные готовы (или оно готово к приёму данных)! !

22 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Обмен данными с внешними устройствами 22 Обмен по прерываниям – внешнее устройство передаёт процессору запрос на обслуживание (прерывание). процессор прерывает выполнение программы и … переходит на программу обработки прерывания и … возвращается к прерванной программе процессор не ждёт устройства всю работу выполняет процессор Контроллер прерываний – использует приоритет различных типов прерываний

23 Устройство компьютера, 10 класс К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, Обмен данными с внешними устройствами 23 Прямой доступ к памяти (ПДП) DMA = Direct Memory Access обмен данными выполняет внешнее устройство по команде центрального процессора. процессор готовит обмен: программирует контроллер ПДП контроллер ПДП пересылает данные процессор загружен минимально сложность (нужен контроллер ПДП)

МК
Принципы Неймана-Лебедева
Фундаментальные идеи (принципы)
компьютерных наук независимо
друг от друга сформулировали
Джон фон Нейман и Сергей
Алексеевич Лебедев.
!
Принцип
–
основное,
исходное положение какойнибудь
теории,
учения,
науки и пр.

4. Основоположники ЭВМ

МК
Основоположники ЭВМ
Джон фон Нейман (1903-1957) –
американский
учёный,
сделавший
важный вклад в развитие математики и
физики. В 1946 г., анализируя сильные и
слабые стороны ЭНИАКа, совместно с
коллегами пришёл к идее нового типа
организации ЭВМ.
Сергей Алексеевич Лебедев (19021974) – главный конструктор первой
отечественной вычислительной машины
МЭСМ, автор проектов компьютеров
серии БЭСМ (Большая Электронная
Счётная Машина), и принципиальных
положений компьютера «Эльбрус».

5. Принципы Неймана-Лебедева

МК
Принципы Неймана-Лебедева
Сформулированные в середине прошлого века, базовые
принципы построения ЭВМ не утратили свою актуальность
и в наши дни.
1
состав основных компонентов вычислительной машины
принцип двоичного кодирования
2
5
6
3
принцип однородности памяти
4
принцип адресности памяти
принцип иерархической организации памяти
принцип программного управления

6. Функциональная схема

МК
Функциональная схема
!
Устройство, способное производить автоматические
вычисления, должно иметь набор компонентов: блок
обработки данных, блок управления, блок памяти, блоки
ввода/вывода информации.
Устройство
вывода
1100101
11001
Память
110010111011000
ОЗУ, ПЗУ
110010111011000
110010111011000
Процессор
110010111011000
110010111011000
110010111011000
Внешняя
АЛУ, УУ
110010111011000
110010111011000
память
1100101
110001
Устройство
ввода
Информационные потоки
Управление процессами

7. Состав компонентов

МК
Состав компонентов
Процессор – информационный центр. Управляет всеми
процессами и пропускает через себя все информационные
потоки.
Составные блоки процессора:
• арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет
обработку данных
• устройство управления (УУ) обеспечивает выполнение
программы и организует согласованное взаимодействие
всех узлов компьютера

8. Состав компонентов

МК
Состав компонентов
Память
хранение исходных данных, промежуточных
величин и результатов обработки информации,
программы обработки информации
Внутренняя
ОЗУ
временное
хранение программ
и данных в
процессе
обработки
?
ПЗУ
программа
начальной
загрузки
компьютера
Внешняя
предназначена для
длительного хранения
программ и данных
в периоды между
сеансами обработки
Кроме представленного деления памяти, различают
энергозависимую память и энергонезависимую. Какая
часть памяти является энергозависимой?

9. Состав компонентов

МК
Указательные (координатные)
Мышь, джойстик, графический
планшет, сенсорный
ВВОД экран
Ввод графической информации
ИНФОРМАЦИИ
Сканер, фотоаппарат,
видеокамера
В
Ввод звуковой информации
Микрофон,КОМПЬЮТЕР
диктофон
Игровые устройства
Джойстик, руль, световой
пистолет
Алгоритмы обработки информации
Состав компонентов
П
Р
О
Ц
Е
С
С
О
Р

10. Состав компонентов

МК
П
Р
О
Ц
Е
С
С
О
Р
Алгоритмы обработки информации
Состав компонентов
Устройства ввода/вывода
Дисковод, сетевая плата,
ВЫВОД
интерактивная
доска
Вывод графической информации
ИНФОРМАЦИИ
Принтер, графопостроитель,
монитор, проектор
ИЗ
Вывод звуковой информации
КОМПЬЮТЕРА
Колонки, наушники,
встроенный
динамик
Игровые устройства
Игровой контроллер (при
столкновении вибрирует)

11. Принцип двоичного кодирования

МК
Принцип двоичного кодирования
!
Вся информация, предназначенная для обработки на
компьютере (числа, тексты, звуки, графика, видео), а
также программы её обработки, представляются в виде
двоичного кода.
Выбор двоичной системы счисления обусловлен:
• простотой выполнения арифметических операций
двоичной системе счисления
• «согласованностью» с булевой логикой
• простотой технической реализации
в

12. Троичный компьютер «СЕТУНЬ»

МК
Принцип однородности памяти
!
Команды программ и данные хранятся в одной и той же
памяти. Команды и данные отличаются только по
способу использования. Это утверждение называют
принципом однородности памяти.
Ячейка
Сегмент
Сегмент
Сегмент
Память
Сегмент

13. Принцип однородности памяти

МК
Принцип адресности памяти
!
Команды и данные размещаются в единой памяти,
состоящей из ячеек, имеющих свои номера (адреса).
Это принцип адресности памяти.
Адрес
сегмента
25F0:A3ED
Адрес ячейки
(в 16-ой СС)
Смещение
внутри
сегмента
?
Какой объем памяти отведен под запись адреса
ячейки?
?
Оцените максимально возможный объем памяти
компьютера, допускающего такую адресацию.

14. Принцип адресности памяти

МК
Принцип иерархичности памяти
Можно
выделить
два
основных
требования,
предъявляемых к памяти компьютера:
• объём памяти должен быть как можно больше
• время доступа к памяти должно быть как можно меньше
В современных компьютерах используются устройства
памяти нескольких уровней, различающиеся по своим
основным характеристикам: времени доступа, сложности,
объёму и стоимости.

15. Принцип иерархичности памяти

МК
Принцип иерархичности памяти
!
Трудности физической реализации запоминающего
устройства высокого быстродействия и большого
объёма требуют иерархической организации памяти.
Цена за байт
Дорого
Быстро
…
Мало
…
Дешево
…
Медленно
Много
Уровни иерархии взаимосвязаны: все данные на одном
уровне могут быть также найдены на более низком уровне.

16. Принцип иерархичности памяти

МК
Принцип программного управления
Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения
задачи, должны быть представлены в виде программы,
состоящей из последовательности команд. Команды
представляют собой закодированные управляющие слова, в
которых указывается:
• какое выполнить действие
• из каких ячеек считать операнды (данные, участвующие в
операции)
• в какую ячейку записать результат операции
!
Принцип программного управления определяет
общий
механизм
автоматического
выполнения
программы.

17. Принцип программного управления

МК
Принцип программного управления
Чтение и расшифровка
команды
Формирование адреса
очередной команды
Выполнение команды
Программа
завершена?
да
Передать управление
операционной системе
нет

18. Принцип программного управления

МК
Архитектура компьютера
!
Архитектура – это общие принципы построения
компьютера, отражающие программное управление
работой и взаимодействие его основных узлов.

19. Архитектура компьютера

МК
Архитектура компьютера
!
Магистраль (шина) - устройство для обмена
данными между устройствами компьютера.
Процессор
(АЛУ, УУ)
Память
(ОЗУ, ПЗУ)
Шина адреса
Шина данных
Шина управления
к
к
Устройства
ввода
к
Внешняя
память
Устройства
вывода
По шине управления
Шина адреса используется
передаются
сигналы,
Шина данных
для указания
физического
управляющие обменом
используется
передачи
адреса по для
которому
информацией между
устройство
обращается
для
данных
между
узлами
устройствами и
проведения
операции чтения
компьютера
синхронизирующие
этот
или записи.
обмен.
Контроллер – специальный
микропроцессор для
управления внешними
устройствами.

20. Архитектура компьютера

МК
Архитектура компьютера
Данные между внешними
устройствами по магистрали
передаются напрямую
Существенное снижение
нагрузки на центральный
процессор
Повышение эффективности
работы всей вычислительной
системы
Современные
компьютеры
обладают
магистральномодульной архитектурой, главное достоинство которой
заключается в возможности легко изменить конфигурацию.

21. Архитектура компьютера

МК
Направления развития
Электронная техника
подошла к предельным
значениям своих технических характеристик,
которые определяются
физическими законами
НАНОТЕХНОЛОГИИ
Поиск неэлектронных
средств хранения и
обработки данных.
Создание квантовых и
биологических
компьютеров

22. Направления развития

МК
Самое главное
Независимо друг от друга Джон фон Нейман и Сергей
Алексеевич Лебедев сформулировали основополагающие
принципы построения компьютеров:
• состав основных компонентов вычислительной машины;
• принцип двоичного кодирования;
• принцип однородности памяти;
• принцип адресности памяти;
• принцип иерархической организации памяти;
• принцип программного управления.

23. Самое главное

МК
Самое главное
Архитектура – это общие принципы построения
компьютера, отражающие программное управление работой
и взаимодействие его основных функциональных узлов.
Архитектура
первых
компьютеров
предполагала
взаимодействие всех устройств через процессор и наличие
неизменного набора внешних устройств.
Современные
компьютеры
обладают
открытой
магистрально-модульной архитектурой – устройства
взаимодействуют через шину, что способствует оптимизации
процессов внутреннего обмена информацией.
Современная архитектура позволяет легко изменить
конфигурацию компьютера путём подключения к шине новых
или замены старых внешних устройств.

24. Самое главное

МК
Вопросы и задания
?
1. Перечислите основные фундаментальные идеи, лежащие
в основе построения компьютеров.
2. Перечислите положительные и отрицательные стороны
двоичного представления информации в компьютере.
3. В чём состоит суть принципа адресности памяти?
4. В некотором царстве, в некотором государстве, в
некотором НИИ создали компьютер «Магия-7», соблюдая
все принципы Неймана-Лебедева. Память «Магии-7»
разделили на сегменты, а сегменты на ячейки. Адрес
сегмента – однозначное шестнадцатеричное число.
Смещение – трехзначное шестнадцатеричное число.
Оцените размер памяти компьютера «Магия-7».
Ответ
Ответ:
64 Кб
5. В чём главное достоинство магистрально-модульной
архитектуры?

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.

Устройство компьютера 4 Архитектура современных персональных компьютеров опирается на магистрально – модульный принцип . Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию и производить её модернизацию. Модульная организация основывается на магистральном (шинном) принципе обмена информации между различными устройствами

Магистраль Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления. Устройство компьютера 5

Магистраль Устройство компьютера 6 УСТРОЙСТВА ВВОДА Долговременная память УСТРОЙСТВА ВЫВОДА СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА ПРОЦЕССОР ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ МАГИСТРАЛЬ ШИННА ДАННЫХ ШИННА УПРАВЛЕНИЯ ШИННА АДРЕСА

Магистраль ШИНА ДАННЫХ Устройство компьютера 7 По этой шине данные передаются между различными устройствами. Оперативная память Оперативная память Процессор ХАРАКТЕРИСТИКА Разрядность шины

Магистраль ШИНА АДРЕСА Устройство компьютера 8 Выбор устройства, откуда и куда пересылаются данные, производит процессор. ХАРАКТЕРИСТИКА Разрядность шины адреса Каждое устройство имеет свой адрес. Адрес передается по этой шине, причем в одном направлении: от процессора к устройствам Определяется объемом адресуемой памяти. (36 бит.)

Магистраль ШИНА УПРАВЛЕНИЯ Устройство компьютера 9 По шине управления передаются сигналы , определяющие характер обмена информации. Что делать с информацией? Записывать Считывать

ПРОЦЕССОР Устройство компьютера 10

ПРОЦЕССОР Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера . Устройство компьютера 11

ПРОЦЕССОР Центральный процессор в общем случае содержит в себе: арифметико-логическое устройство; шины данных и шины адресов; регистры; счетчики команд; кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт); математический сопроцессор чисел с плавающей точкой. Устройство компьютера 12

ПРОЦЕССОР Устройство компьютера 13 Микропроцессор Pentium 4. Вид сверху ( слева ) и вид снизу ( справа ) 42 миллиона функциональных элементов, размеры которых 0,13 *10 -6 м.

ПРОЦЕССОР Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора . Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера. Устройство компьютера 14

Характеристики процессора ТАКТОВАЯ ЧАСТОТА Устройство компьютера 15 Определяет быстродействие компьютера. Такт – это промежуток времени между началами двух последовательных импульсов. Измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц) 1978 г. Процессор 8086 5 МГц 2002 г. Процессор PIV 2 ,4 ГГц 2011 г. Процессор 3.8 ГГц 2005 г. Появляется многоядерность

Характеристики процессора Разрядность процессора Устройство компьютера 16 Определяется количеством двоичных разрядов, которые могут передаваться или обрабатываться одновременно Измеряется в битах 1985 г. АГАТ (СССР) 8 бит 2002 г. Процессор PIV 64 бита

Внутренняя память Устройство компьютера 17

Внутренняя память Внутренняя память Оперативная память Кэш-память BIOS Кэш-память Спец. память Устройство компьютера 18

Оперативная память ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами, в то время когда компьютер включен. Устройство компьютера 19

Оперативная память Устройство компьютера 20 исполняется из интегральных микросхем памяти , они устанавливаются в корпуса и собираются в модули памяти .

Характеристики Объем/ Ёмкость Устройство компьютера 21 время доступа к данным 4 НС 5 НС 7 НС 32 Мб 64 Мб 256 Мб 512 Мб 1 Гб 2 Гб

Характеристики Частота операций записи или считывания информации Устройство компьютера 22 333 МГц 20 МГц 133 МГц 800 МГц 266 МГц Количество операций за одну секунду

Устройство компьютера 23 ПРОЦЕССОР 2.4 ГГц 333 МГц ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ КЭШ-ПАМЯТЬ

Кэш - память Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Устройство компьютера 24

Характеристики Объем/ Ёмкость Устройство компьютера 25 32 Кб 256 Кб 512 Кб

Специальная память Специальная память Постоянная память Cmos BIOS Устройство компьютера 26

Устройство компьютера Тема 2. Внешняя память

Устройство компьютера 28 Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данны х большого объема (видео, аудио, документы) , и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем (дисководом). Устройство, на котором хранится информация – носителем .

Устройство компьютера 29

Дискеты 30 ГМД = гибкий магнитный диск, floppy disk 5,25 ’’ ( дюйма) 3,5 ’’ разрешение записи Емкость дискеты 1,44 Мбайт Скорость вращения диска 300 об / мин

Дискеты 31 Правила работы: Нельзя: гнуть и деформировать дискету; вставлять деформированную дискету вручную открывать защитную шторку вносить в электромагнитные поля вынуть дискету

ЖЕСТКИЕ МАГНИТНЫЕ ДИСКИ ЖМД = жесткий магнитный диск HDD = hard disk drive это запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных. Устройство компьютера 32

ХАРАКТЕРИСТИКИ Используется магнитный принцип записи/считывания информации Устройство компьютера 33 Емкость : до 4 Тбайт (4000 Гбайт) Частота вращения : 7200 об / мин, 1000 0 об / мин Подключение : IDE, SATA *текущая ситуация :( внешние жесткие диски

Оптический-диск CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылён светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Устройство компьютера 34 Дисковод CD-ROM

Лазерные CD- диски 35 Звуковые CD ( compact disk ) диаметр 12 см 74- 80 минут звука CD-ROM, CD-R, CD-RW : 650- 700 М байт CD-ROM – только чтение CD-R (болванка) – однократная запись CD-RW – многократная запись мини- CD (- R, -RW) диаметр 8 см 24 минуты звука, 210 Мбайт надежность, долговечность низкая стоимость скорость чтения и записи ниже, чем у винчестеров

Оптический принцип считывания информации Устройство компьютера 36

Дисковод DVD-ROM (с) Попова О.В., AME, 2005 37 Параметр CD-ROM DVD-ROM диаметр 120 мм 120 мм толщина 1,2 мм 1,2 мм (по 0,6 мм на слой) шаг дорожки 1,6 мкм 0,74 мкм длина волны 780 нм инфракрасный 640 нм красный вместимость 0,65 Gb 4,7 Gb кол-во слоев 1 1, 2, 4

DVD- диски 38 DVD-ROM – только чтение DVD-R, DVD+R – однократная запись DVD-RW, DVD+RW – многократная запись ( 1000 циклов ) DVD-RAM – многократная запись ( 100000 циклов ) однослойные односторонние 4,7 Г байт двухсторонние 9,4 Г байт двухслойные односторонние 8,5 Г байт двухсторонние 17,1 Г байт DVD = Digital Versatile Disk или Digital Video Disk лазер с меньшей длиной волны

Blu-ray диски высокой плотности 39 Blu-ray Disc = Blue ray Disc, BD ( blue ray – синий луч лазера) BD-ROM , BD-R, BD-RE ( перезаписываемые ) слоев емкость, Гбайт 1 23,3 – 33 2 46,6 – 66 3 100 4 1 28 16 4 00 2 0 50 0

Флэш-память 40 Флэш-диски (до 64 Гб) Флэш-карты (до 32 Гб) не требуют питания для хранения высокая скорость ( usb 3.0 ) Компактность Цена (8 Гб≈300р. ) изнашивание при стирании и записи ( 100000 циклов) Фото: полностью заполнять, потом все стирать. Не редактируйте файлы на флэш-диске! ! Твердотельный накопитель ( англ. SSD, solid-state drive )

Сравнение типов внешней памяти 41 CD- диски 650-700 Мбайт флэш-память до 128 Гбайт DVD- диски до 500 Гбайт винчестеры До 4 Тбайт По максимальной емкости: CD- диски до 8 Мбайт / с DVD- диски до 24 Мбайт / с флэш-память 2.0 до 60 Мбайт / с винчестеры до 125 Мбайт / с флэш-память 3.0 До 625 Мбайт/с По максимальной скорости (чтения):

Опасные воздействия 42 Дискеты (ГМД = гибкие магнитные диски) : магнитные поля, грязь, температура Винчестеры (ЖМД = жесткие магнитные диски): магнитные поля, удары, вибрация CD, DVD- диски: царапины, грязь Flash- диски: сбои питания, отсоединение во время записи

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Устройство компьютера

Для прверки знаний воспитанников компьютерного объединения я использую тесты.Предлагаю вашему вниманию один из них.

конспект урока по информатике в 8 классе "Устройство компьютера"

Устройство компьютера

раздаточный материал для начальных классов по информатике.

Устройство компьютера

Данная презентация посвящена устройству персонального компьютера.

Компьютер универсальная вычислительная машина. Назначение и возможности основных устройств компьютера. Виды памяти в к-ре, носители информации

конспект урока по информатики.

Эксплуатация устройств компьютера. Защита от недостатков электропитания. Чистка компьютера

Предлагаю ознакомиться с некоторыми рекомендациями по безопасному обеспечению и рациональному использованию устройств компьютера.Бывает, что напряжение в электросети сильно колеблется. Для компьютера .

Читайте также: