Устройства обработки информации

223

УСТРОЙСТВА ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Процессор, сопроцессоры

ПОНЯТЬ

Информация в компьютере обрабатывается процессорами. Самым “главным” устройством компьютера является центральный процессор, но каким бы мощным он ни был, без “помощников” ему не обойтись. Большинство устройств компьютера имеют собственные встроенные процессоры. Процессор клавиатуры обеспечивает перевод сигнала, поступившего от нажатой клавиши, в двоичный код; процессор игольчатого принтера преобразует двоичные коды в команды, управляющие сменой положения иголок печатающей головки; процессор сетевой карты обеспечивает “посредничество” между компьютером и сетью, подготавливает нужный формат данных, передаваемых от рабочей станции к серверу. Тем не менее, когда речь идет об обработке информации в сети, почти всегда имеется в виду центральный процессор.

Наименование: ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР

Назначение.

Центральный процессор – это устройство компьютера, которое обеспечивает общее управление компьютером и осуществляет вычисления по хранящейся в ОЗУ программе.

Центральный процессор (ЦП) определяет производительность, эффективность всей вычислительной системы, он регулирует, управляет и контролирует рабочий процесс.

Кроме центрального процессора, в компьютерной системе могут присутствовать и другие процессоры, отвечающие за обработку информации на своих участках (процессор клавиатуры, математический сопроцессор, процессор принтера, процессор видеокарты и пр.). Дополнительные процессоры нередко бывают установлены на периферийных устройствах и платах расширения. Но именно центральный процессор выполняет все важные вычисления в компьютере, именно здесь происходит основной процесс обработки информации.

Принцип работы

В персональных компьютерах центральный процессор конструктивно выполнен как микропроцессор. Это полупроводниковый кристалл или комплект кристаллов, на которых реализуются компоненты процессора.

Логически центральный процессор представляет собой совокупность арифметико-логического устройства (АЛУ) и центрального устройства управления (УУ).

Выполнение процессором программ предусматривает: арифметические действия, логические операции, передачу управления, перемещение данных из одного места памяти в другое.

Как выполняются программы?

В ЦПУ имеются два регистра специального назначения: счетчик команд и регистр команд. Счетчик команд содержит адрес команды, которую предстоит выполнить следующей, таким образом счетчик отслеживает порядок выполнения программы. Регистр команд используется для хранения команды, выполняемой в текущий момент.

Устройство управления непрерывно реализует один и тот же алгоритм, совершая машинный цикл, который включает в себя три шага: извлечь, декодировать, выполнить.

Рис. Машинный цикл

На шаге извлечения блок управления требует, чтобы оперативная память предоставила ему следующую команду, которую необходимо выполнить. Блоку управления известно, где именно находится следующая команда, т.к. ее адрес хранится в счетчике команд . Полученную из памяти команду блок управления помещает в свой регистр команд и увеличивает содержимое счетчика команд на такую величину, чтобы он содержал адрес следующей команды.

В тот момент, когда команды оказывается в регистре команд, блок управления начинает шаг декодирования. Он анализирует код операции и поле операндов, чтобы определить, какие действия требуется выполнять по данной машинной команде.

Получив расшифрованную команду, блок управления начинает шаг выполнения. На первом шаге он активизирует схемы, нужные для решения данной задачи. Например, если выполняемой командой окажется команда загрузки информации из оперативной памяти, блок управления даст сигнал на выполнение операции загрузки; если команда окажется арифметической операции, блок управления активизирует соответствующие схемы арифметико-логического блока, выбрав нужные регистры с входными данными.

После того как команда будет выполнена, блок управления вновь приступит к началу машинного цикла, к шагу извлечь. Обратите внимание, что в конце предыдущего шага извлечь содержимое программного счетчика было увеличено, и поэтому блок управления получит опять правильный адрес.

Особенности

Процессоры, как и все электрические схемы, подразделяются по типам. Для ПК обозначение ЦПУ начинается с 80, затем следуют две или три цифры, после которых может быть дополнительно указана тактовая частота процессора. Перед обозначением типа процессора чаще всего имеется обозначение фирмы-изготовителя: i - Intel, AMD - AMD, CX - Cyrix.

ПРИМЕР

i80486DX-50 указывает процессор типа 80486, изготовленный фирмой Intel, работающий с тактовой частотой 50 МГц.

Пользовательские характеристики

Степень интеграции микросхемы показывает, сколько транзисторов может в ней уместиться.

ПРИМЕР

Для процессора Pentium Intel это приблизительно 3 млн. транзисторов, расположенных на площади 3,5 см².

Тактовая частота определяется максимальным временем выполнения элементарного действия в МП. Чем выше тактовая частота МП (при прочих равных условиях), тем выше его быстродействие.

Адресное пространство.Разрядность адресной шины определяет количество ячеек оперативной памяти, к которым может адресоваться ЦПУ. При n-разрядной шине адресное пространство равно 2ⁿ.

Разрядность – максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно. Характеристика “разрядность” для процессора включает в себя:

• разрядность внутренних регистров МП – играет определяющую роль в принадлежности МП тому или иному классу;

• разрядность шины данных – от нее зависит скорость передачи информации между МП и другими устройствами;

• разрядность шины адреса – определяет адресное пространство, то есть максимальное количество байт памяти, к которым может “обратиться” процессор.

ПРИМЕР

Для МП с разрядностью 16 / 16 / 20 скорость передачи информации в два раза выше, чем для МП с разрядностью 16 / 8 / 20. Адресное пространство в обоих случаях составляет 2²⁰ байт или 1 Мб.

Архитектура МП. В данном случае это принцип действия МП, состав и взаимное соединение основных его узлов.

К элементам архитектуры МП относятся:

1. система команд и способы адресации;

2. возможность совмещения выполнения команд во времени и др.

Таблица 1

Основные характеристики некоторых процессоров

Название. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ СОПРОЦЕССОР

Назначение. Математический сопроцессор предназначен для выполнения арифметических операций с плавающей точкой. Известно, что основные арифметические операции, такие как сложение и вычитание, приносят меньше забот, чем возведение в степень, вычисление тангенсов или операции над вещественными числами, представленными в форме с плавающей точкой. Сопроцессор может быть как самостоятельным устройством и располагаться на материнской плате, так и быть встроенным в центральный процессор.

ЗНАТЬ

Центральный процессор (ЦП) определяет производительность, эффективность всей вычислительной системы, он регулирует, управляет и контролирует рабочий процесс.

В современных персональных компьютерах центральный процессор конструктивно выполнен как микропроцессор на базе сверхбольшой интегральной схемы (СБИС). Это полупроводниковый кристалл или комплект кристаллов, на которых реализуются компоненты процессора.

Логически центральный процессор представляет собой совокупность арифметико-логического устройства (АЛУ) и центрального устройства управления (УУ).

Пользовательские характеристики:

• степень интеграции микросхемы;

• тактовая частота;

• адресное пространство.

• разрядность;

• технология изготовления;

• архитектура МП.

ПЛАТЫ

Наименование. МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА (Motherboard, Mainboard) или СИСТЕМНАЯ ПЛАТА

Назначение

Материнская плата является основным компонентом каждого персонального компьютера. Это не только “сердце компьютера”, но и самостоятельный элемент, который упрвляет внутренними связями и с помощью системы прерывания взаимодействует с внешними устройствами. Материнская плата влияет на производительность компьютера в целом. Супербыстрый винчестер или высокопроизводительная графическая карта нисколько не смогут повысить его производительность, если тормозится поток данных к материнской плате и от нее.

Основные компоненты материнской платы:

• процессор, установленный в специальный разъем;

• микросхемы кэш-памяти;

• разъемы (слоты) для установки карт расширения;

• микросхема ПЗУ-BIOS;

• разъемы для подключения накопителей (винчестера, флоппи-дисков, CD-ROM);

• последовательные порты для подключения периферийных устройств (мышь, модем и др.);

• последовательные порты для подключения периферийных устройств (принтера, сканера и др.);

• набор микросхем Chipset высокой степени интеграции для управления обменом данными между всеми компонентами компьютера;

• аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти, в которой хранятся текущие настройки BIOS.

Все компоненты материнской платы соединены между собой шинами.

Наименование: ПЛАТЫ РАСШИРЕНИЯ

Для упрощения подключения устройств ввода/вывода используются специальные платы, на которых установлены адаптеры соответствующих устройств.

Адаптер (от лат. adaptare – прилаживать) – устройство, обеспечивающее связь (сопряжение) периферийных устройств ПК с центральными. Иногда осуществляет функции управления периферийным устройством.

Назначение

Электронные схемы, управляющие внешними устройствами компьютера и обеспечивающие интерфейс устройств ввода/вывода (УВВ).

Необходимость данных схем вызвана тем, что УВВ нецелесообразно подключать непосредственно к центральным устройствам. Одна из причин этого заключается в том, что количество и характер сигналов, передаваемых по системной магистрали, с которой связаны все компоненты ПК, как правило, отличаются от количества и типа сигналов, формируемых или воспринимаемых УВВ. Соответствующий интерфейсный блок обеспечивает согласование этих сигналов.

Поясним необходимость контроллеров (адаптеров) на следующем примере. Пример образный, а следовательно, не претендующий на научную точность, но, надеемся, проясняющий ситуацию.

ПРИМЕР

Представьте себе некую фирму, основную работу по переработке информации в которой взял на себя ее руководитель. Он знает только свой родной язык, например, русский. Конечно, и поставщиками, и потребителями, и партнерами фирмы могут быть представители разных стран, которых могут и не владеть русским языком. В этом случае руководителю фирмы потребуются переводчики, благодаря которым будет возможным общение с иностранными представителями и которые в этом случае будут контролировать процесс обмена информацией.

Предположим теперь, что лучше всего руководитель “думает” и принимает правильные решения, когда информация к нему поступает в стихотворной форме. Теперь уже для общения с клиентами и партнерами руководителю потребуются специалисты-переводчики, которые могут не только “формально” переводить все поступающие сообщения, но и приводить их (адаптировать) к заданной форме.

И совсем уж редкий в реальной жизни вариант, когда руководитель хочет получать всю информацию не просто в стихотворной форме, а в виде, например, сонетов в стиле В.Шекспира или торжественных од в стиле Г.Р.Державина. Такое преобразование информации требует уже гораздо больше времени и умений. Чтобы руководитель не “простаивал” и процесс обмена информацией не замедлялся, переводчику, кроме перевода и адаптации входной информации, потребуется производить некоторую ее обработку. Подобную роль в компьютере выполняют сопроцессоры.

И хотя каждое дополнительное устройство понижает надежность работы системы и делает компьютер более громоздким и дорогим, и контроллеры, и адаптеры, и сопроцессоры необходимы (на настоящий момент), чтобы компьютер работал быстро и точно, какие бы периферийные устройства к нему бы не подключили.

Принцип действия

Платы расширения вставляются в унифицированные разъемы (слоты расширения), чаще всего располагающиеся на системной плате. Через эти разъемы адаптеры (контроллеры) устройств подключаются непосредственно к системной магистрали. Таким образом наличие свободных разъемов обеспечивает возможность добавления к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим (например, устаревший адаптер монитора), надо просто вынуть соответствующую плату из разъема и вставить вместо нее другую.

Как правило платы расширения оборудованы собственным процессором и памятью.

Основные виды плат расширения:

• видеокарта;

• звуковая карта (soundblaster);

• мультикарта;

• сетевая карта (адаптер локальной сети).