Состав и назначение основных блоков ПК. Системная шина. Процессор презентация

Компьютер, электронная вычислительная машина (ЭВМ)-
- комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Большинство компьютеров создаются в соответствии с принципами, определенными американским ученным
Джоном фон Нейманом (1941 г.)

Принципы фон Неймана
принцип двоичного кодирования
принцип программного управления
принцип однородности памяти
принцип адресности

принцип однородности памяти
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает что храниться в данной ячейки памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

принцип адресности
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

принцип программного управления
Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последовательности.

принцип двоичного кодирования
Вся информация в компьютере передается и хранится в двоичном виде.

Машинная команда
Машинная команда - элементарная инструкция, выполняемая компьютером автоматически без дополнительных пояснений и указаний.
В общем случае команда содержит следующую информацию:
код выполняемой операции
указания по определению операндов (или их адресов)
указания по размещению получаемого результата.

Структура машинной команды:
Операционноая часть команды - это группа разрядов в команде, предназначенная для представления кода операции машины.
Адресная часть команды - это группа разрядов в команде, в которых записываются коды адреса (адресов) ячеек памяти, предназначенных для оперативного храения информации, или иных объектов, задействованных при выполнении команды. Часто эти адреса называются адресами операндов (чисел, участвующих в операции).

Структура команды

Виды машинных команд
Операции пересылки информации
Арифметические операции
Логические операции
Обращение к внешним устройствам
Операции передачи управления
Безусловная передача
Условная передача
Обслуживающие и вспомогательные

При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру

Структура ЭВМ
Структура вычислительного средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки узлы и т. д.) и описывает связи внутри средства во всей их полноте.

Архитектура ЭВМ
Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.

Отличие структуры от архитектуры, упрощенно:
Структура – hardware,
Архитектура – hardware + software.

Архитектура фон Неймана
Процессор:
Устройство управления (УУ);
Арифметико-логическое устройство (АЛУ).
Устройства ввода-вывода
Память компьютера

Порты ввода/вывода
Устройства хранения данных
Общая схема ПК
Процессор
Видео-
адаптер
НЖМД
НГМД
LPT
COM
USB
Карты расширения
Системная шина (магистраль)
НОД
Клавиатура,
мышь
Основная память
Firewire
Монитор
Сетевая карта
Звуковая карта
Модем
Принтер
Сканер

Системная шина
Устройство, предназначенное для организации интерфейса (связи) между всеми устройствами ЭВМ.
Основные характеристики
способ передачи сигнала (последовательные или параллельные);
разрядность;
рабочая частота;
пропускная способность, количество и тип поддерживаемых устройств:
Шины расширений. Обеспечивают подключение большого количества разнообразных устройств (ISA, EISA);
Локальные шины. Подключают небольшое количество устройств определенного типа (VLB, PCI).
протокол работы.

Направления передачи информации системной шиной
микропроцессор-основная память
микропроцессор-порты ввода/вывода
основная память-порты ввода/вывода

Процессор
Микропроцессор (CPU, Central Processing Unit), МП – функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Микропроцессор - это интегральная схема, сформированная на маленьком кристалле кремния.
Микропроцессор содержит миллионы транзисторов, соединенных между собой тончайшими проводниками из алюминия или меди и используемых для обработки данных.

Схема компьютера Джона фон Неймана
___ пути и направления передачи управляющих сигналов
------пути и направления движения информации
Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.

АЛУ - часть процессора, выполняющая команды
УУ - часть процессора, выполняющая функции управления устройствами.
Регистр – ячейка памяти, выполняющая функцию кратковременного хранения числа или команды.

Типы регистров
(отличаются видом выполняемых операций)
счетчик команд - регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды;
регистр команд - регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения.
сумматор - регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции.
регистры операндов – регистр АЛУ, в котором хранятся данные (операнды), считанные из памяти по сигналам УУ.

Как выполняется команда
из ячеек памяти, адрес которой храниться в счетчике команд, выбирается очередная команда;
выбранная команда передается в устройство управления на регистр команд;
УУ расшифровывает адресное поле команды;
по сигналам УУ операнды (данные) считываются из памяти и записываются в АЛУ на специальные регистры операндов;
УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответствующую операцию над данными;
результат операции либо остается в процессоре, либо отправляется в память, если в команде был указан адрес результата;
все предыдущие этапы повторяются до достижения команды "стоп"

Функции процессора
Основной функцией МП является исполнение инструкций программ и управление и координация работы остальных компонентов ЭВМ.
Эту функцию можно разделить на подфункции.

Подфункции микропроцессора:
чтение и дешифрация команд из основной памяти;
чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств;
прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
обработка данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;
выработка управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ЭВМ.

Характеристики микропроцессоров
тактовая частота процессора – измеряется в мега- или гигагерцах и показывает число рабочих тактов процессора в 1 сек. Например, 2ГГц=2*109 рабочих тактов в секунду;
разрядность процессора – сколько бит данных может быть принято и обработано процессором за один раз (такт);

Разрядность процессора определяется разрядностью:
шины ввода и вывода данных (определяет разрядность ЭВМ в целом; );
шины адреса памяти (передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные);
внутренних регистров. (регистр — ячейка памяти внутри процессора. Разрядность регистра - Количество бит данных, которые может обработать процессор за один прием)

система команд - набор основных и дополнительных команд МП.
CISC (Complex Instruction Set Computing) с полным набором команд;
RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором команд;
MISC (Minimum Instruction Set Computing) с минимальным набором команд.
Для ПК наиболее распространены процессоры CISC.
объем и структура кэш-памяти
Показывает объем (кб или Мб) и структуру (уровни) кэш-памяти, используемой для команд и данных.