Лекция по теме: Архитектура ЭВМ

13

ТЕМА «Архитектура ПЭВМ»

ВХОДНОЙ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ

Задание № 1. В каком устройстве компьютера производится обработка информации?

1. внешняя память;

2. дисплей;

3. процессор;

4. клавиатура.

Задание № 2. Что такое архитектура ЭВМ?

1. внутренняя организация ЭВМ;

2. это описание устройств и принципов работы компьютера, достаточное для пользователя;

3. это технические средства для преобразования электрических сигналов.

Задание № 3. Какое устройство компьютера предназначено для вывода информации?

1. оперативная память;

2. дисплей;

3. мышь;

4. клавиатура.

Задание № 4. Укажите верное (ые) высказывание (я):

1. устройство ввода - предназначено для программного управления работой вычислительной машины;

2. устройство ввода - предназначено для обучения, для игры, для расчетов и для накопления информации;

3. устройство ввода - предназначено для передачи информации от человека к машине

Задание № 5. ОЗУ- это память, в которой:

1. хранится исполняемая в данный момент времени программа и данные, с которыми она непосредственно работает;

2. хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере;

3. хранится информация, независимо от того работает ЭВМ или нет;

4. хранятся программы, предназначенные для обеспечения диалога пользователя с ЭВМ

Задание № 6. Минимальный состав персонального компьютера:

1. винчестер, дисковод, монитор, клавиатура;

2. дисплей, клавиатура, процессор, память;

3. принтер, клавиатура, монитор, память;

4. винчестер, принтер, дисковод, клавиатура.

Задание № 7. Что такое Hardware?

1. одна из составляющих информационной технологии - аппаратное обеспечение;

2. одна из составляющих информационной технологии - программное обеспечение;

3. жесткий диск, находящийся внутри системного блока;

4. компактный диск.

Задание № 8. Что такое программа?

1. это игры, предназначенные для использования на ЭВМ;

2. это набор инструкций на машинном языке, который хранится в виде файла на магнитном диске и по вашей команде загружается в компьютер для выполнения;

3. это набор инструкций, предназначенный для запуска компьютера;

4. это набор инструкций, предназначенный для работы компьютера.

Задание № 9 Скорость работы компьютера зависит от:

1. тактовой частоты обработки информации в процессоре;

2. наличия или отсутствия подключенного принтера;

3. организации интерфейса операционной системы;

4. объема внешнего запоминающего устройства;

5. объема обрабатываемой информации.

Задание № 10 В каком случае представлен правильный порядок возрастания единиц измерения объема информации:

1. бит, байт, гигабайт, килобайт;

2. байт, мегабайт, килобит, гигабайт;

3. бит, байт, килобит, мегабит, мегабайт, гигабайт;

4. байт, килобит, килобайт, бит.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Электронная вычислительная машина (ЭВМ, компьютер) – это совокупность технических средств и программных продуктов, предназначенных для выполнения различных арифметических, логических и аналитических задач.

Совокупность технических средств носит название Hardware – аппаратное обеспечение; программных – Software – программное обеспечение; алгоритмические средства – Brainware.

Персональный компьютер – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.

Архитектура ЭВМ – это логическая организация вычислительной машины, которая определяет набор качеств вычислительной машины, влияющих на ее взаимодействие с пользователем.

В основу архитектуры современных ПЭВМ положен магистрально-модульный принцип: ПЭВМ состоит из отдельных устройств – модулей, которые сопрягаются между собой и обмениваются данными с помощью системной шины.

Рис 1. Магистрально-модульное устройство компьютера

Системный блок – это самая главная часть ПК. Он выполнен в металлическом корпусе с пластиковой лицевой панелью, внутри которого расположен блок питания. Все основные узлы устанавливаются внутри системного блока. На лицевой панели расположены кнопки включения/выключения компьютера (Power) и кратковременного сброса питания (Reset), а также световые индикаторы: зеленые – для контроля включенного питания, красные – для индикации чтения/записи с дисков. Различные дополнительные устройства подключаются к системному блоку через соответствующие разъемы.

Системная плата (материнская плата, главная плата – motherboard, mainboard) – является основной частью компьютера. С ее помощью все комплектующие объединяются в единое целое. На материнской плате располагаются основные электронные элементы компьютера.

• Чипсет (chipset) – набор чипов, управляющий взаимодействием процессора с другими устройствами.

• Системная шина (system bus) – электрические соединения, по которым устройства компьютера обмениваются сигналами друг с другом.

• Микросхема постоянной памяти ПЗУ (ROM – Read Only Memory – память только для чтения), содержащая набор основных параметров компьютера, необходимых для совместной работы всех входящих в него устройств, и базовую систему ввода-вывода (Basic Input Output System – BIOS). Содержимое постоянной памяти поддерживается питанием от специальной батарейки.

Рис 2. Микропроцессор

• Микропроцессор (CPU – Central Processing Unit) – представляет собой большую интегральную схему (БИС), выполняющую функции:

• арифметическо-логического устройства (АЛУ);

• устройства управления (УУ);

• запоминающего устройства.

Микропроцессор характеризуется:

• архитектурой, которая определяет:

  • какие машинные инструкции входят в набор выполняемых им команд;

  • объем внутренней памяти (кэш-память первого и второго уровней);

  • разрядность внутренней шины данных и адресов;

• быстродействием, которое значительно зависит от тактовой частоты.

Тактовая частота указывает, сколько тактов микропроцессор выполняет в одну секунду.

Такт – это промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой – генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов компьютера. На выполнение процессором каждой базовой операции (например, сложения) отводится определенное число тактов.

Интегральной характеристикой процессора является его производительность, которую нельзя вычислить. Она определяется в процессе тестирования.

В 2005 г. был создан двухядерный процессор; в 2006 г. – четырехядерный.

Также на материнской плате располагаются.

• Сопроцессор (FPU – Floating Point Processing Unit) – вычислительное устройство для операций с плавающей точкой, который использовался в устаревших на данный момент компьютерах, а сейчас совмещен с микропроцессором.

• Кэш-память (cache) – расположенная в процессоре очень быстрая память двух (а то и трех) уровней, которая содержит информацию, необходимую процессору в первую очередь.

• Оперативная память (RAM – Random Access Memory) – память с произвольным доступом.

• Слоты (slots) для подключения различных дополнительных устройств.

Оперативная память – memory.

Рис 3. Модуль оперативной памяти DDR III

ОЗУ – память с произвольным доступом – Random Access Memory – RAM. Из ОЗУ процессор берет программы и исходные данные для обработки, туда же записывает полученные результаты.

При обработке информации процессором может произойти обращение к любой ячейке оперативной памяти, поэтому ее назвали памятью с произвольным доступом. Название «оперативная» эта память получила из-за высокой скорости работы.

Оперативная память энергозависима – она очищается при выключении и перезагрузке компьютера. Обычно при редактировании документа все изменения, пока мы не используем команду Сохранить, происходят только в оперативной памяти и не затрагивают какое-либо из устройств внешней памяти. Однако при редактировании баз данных изменения сразу же автоматически записываются во внешнюю память.

Постоянная память (ПЗУ).

• Выполнена в виде установленной на материнской плате программируемой микросхемы с памятью только для чтения (Read Only Memory – ROM).

• Ее важнейшая функция – хранение базовой системы ввода/вывода; программ тестирования и начальной загрузки.

• Энергонезависима – информация хранится постоянно, даже после выключения компьютера.

• Для редактирования недоступна или малодоступна.

Внешняя память предназначена для долговременного хранения информации. Включает различные виды запоминающих устройств, но наиболее распространены накопители на жестких дисках; на оптических дисках; флеш-карты.

Рис 4. Жесткий диск

Накопитель на жестких магнитных дисках. (HDD – Hard Disk Drive). Представляет собой один или несколько металлических дисков, покрытых специальным магниточувствительным веществом, которые размещены на одной оси и заключены в герметизированный корпус из прессованного алюминия.

• Кроме того, содержит:

• двигатель;

• головку чтения/записи;

• управляющую электронику.

• Основные параметры жесткого диска:

• емкость;

• надежность;

• производительность.

Емкость жесткого диска.

Объемы HDD, используемые в ПК, продаваемых в 2013 г.: 350 Gb; 500 Gb; 1 Тb.

Показатели надежности жесткого диска.

• Число циклов старт/стоп (Start/Stop Cycles) – измеряется в тысячах.

• Среднее время наработки на отказ (Mean Time Before Failure – MTBF) – измеряется в сотнях тысяч часов. Зависит от температуры: при повышении температуры жесткого диска до 50°С вероятность отказа возрастает в 3 раза.

Характеристики производительности жесткого диска

• Количество операций ввода/вывода в секунду.

• Скорость передачи данных (измеряется в МБ/с).

• Загрузка процессора – это доля тактов процессора, затраченных на обработку обращения к жесткому диску.

Накопитель на гибком магнитном диске – дискета (floppy disk) заключена в жесткий пластиковый корпус и представляет собой диск диаметром 3,5 дюйма емкостью 1,44 МБ. Скорость вращения дисководов для гибких магнитных дисков около 300 об/мин; скорость обмена данными – 62 КБ/с. Данные устройства в настоящее время фактически вышли из употребления.

Оптические диски.

Виды оптических дисков

Характеристики оптических дисков

1. Емкость

   	Диаметр	Односторонние		Двусторонние
   		Однослойные	Двуслойные		Однослойные	Двуслойные
   CD	120 мм (4,75)	600 – 800 Мб
   DVD		4,7 Гб	8,5 Гб		9,4 Гб	17 Гб

2. Скорость чтения/записи

Первые CD-ROM были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с. Эта величина и принята за единицу скорости чтения/записи оптических дисков. Например, 8-ми скоростной CD-ROM обеспечивает скорость чтения/записи информации в 8 раз больше, чем односкоростной. Эта скорость равна 150  8 = 1200 Кбайт/с.

Одной из разновидностей EEPROM является флэш-память (Flash Memory); флэш-память — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти (ПППЗУ). ПРИНЦИП ТРАНЗИСТОРА (ячейка флэш-памяти изменяет свое состояние под воздействием электрического разряда). Носителем информации является полупроводниковая среда. Она может быть прочитана сколько угодно раз и перезаписана около миллиона циклов, не содержит подвижных частей, так что, в отличие от жёстких дисков, более надёжна и компактна. Благодаря своей компактности, дешевизне и низкому энергопотреблению флэш-память широко используется в цифровых портативных устройствах

· В каких именно цифровых портативных устройствах используется флэш-память?

— фото- и видеокамерах, диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах и коммуникаторах. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах (маршрутизаторах, мини-АТС, принтерах, сканерах, модемax), различных контроллерах. 

Из перечисленных запоминающих устройств наибольшее распространение получили: 

Магнитные ЗУ:  в пластиковых картах · 

Флэш-память:  USB-накопители,  карты памяти в телефонах и фотоаппаратах, SSD

Оптические диски: CD, DVD, Blu-Ray и др.

Жёсткие диски: (DRAM)

Микросхемы: SDRAM (DDR и XDR)

Где применяются ЗУ? Самое большое распространение запоминающие устройства приобрели в компьютерах (компьютерная память). Кроме того, они применяются в устройствах автоматики и телемеханики, в приборах для проведения экспериментов, в бытовых устройствах (телефонах, фотоаппаратах, холодильниках, стиральных машинах и т. д.), в пластиковых карточках, замках.

Периферийные устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с объектами окружающей среды: пользователями, объектами управления, другими компьютерами.

Устройства ввода информации:

• Клавиатура (Keyboard) – основное устройство для ввода информации и управления работой ПЭВМ.

• Мышь (Mouse) – устройство управления манипуляторного типа, предназначенное для удобства работы пользователя в графическом режиме.

• Джойстик (Joystik) – специальная рукоятка для изменения положения курсора с набором дополнительных кнопок. Используется, в основном, в играх.

• Трекбол (Trackball) – встроенный в клавиатуру шар, который можно крутить, добиваясь перемещения курсора. Применяется в ноутбуках.

• Сенсорная панель (Touch pad) – ровная чувствительная площадка, по которой можно проводить пальцами для передвижения курсора.

• Диджитайзер (графический планшет – Digitizer) – это устройство для поточечного координатного ввода графических изображений.

• Сканер (Scanner) – устройство ввода графической информации с бумаги или другого носителя в компьютер.

Устройства вывода информации

• Монитор (Monitor).

• Принтер (Printer).

• Плоттер (Plotter).

• Акустические колонки и наушники.

Подсоединение периферийных устройств к компьютеру производится через специальные интерфейсы – порты ввода-вывода, которые по способу передачи информации подразделяются следующим образом.

• Последовательные – информация передается последовательно, бит за битом; для передачи информации используется один провод (подключается мышь, модем).

• Параллельные – несколько бит информации передается одновременно; для передачи информации используется несколько проводов (подключаются принтеры, сканеры).

В настоящее время эти порты вытесняются шиной USB (универсальная последовательная шина), которая представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для средне- и низкоскоростных периферийных устройств. Шина рассчитана на подключение и автоопределение до 127 устройств, а также на подключение к работающему компьютеру без его перезагрузки.

Обычно спецификация компьютера представляет собой некоторый набор технической и некоторой другой информации.

Пример.

AMD Phenom II X4 965 3.4/ Звук LAN1Gb/ DDR3 4GB/ HD7770 1GB/ 1TB/ DVD+/-RW/ Midi Tower ATX 600Вт

Расшифровка: