Магистрально-модульный принцип построения компьютера

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип .

  Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

  К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.

Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается. Быстродействие устройств зависит от тактовой частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах – МГц) и разрядности, т.е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт.

(Такт – это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройства компьютера).  Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться.

Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению  разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в герцах – Гц, 1Гц = 1 такт в секунду):

Пропускная способность шины = разрядность шины ×  частоту шины

Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который во многом определяет архитектуру современного персонально компьютера.

Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:

- контроллер-концентратор памяти, или Северный мост, который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;

- контроллер-концентратор ввода-вывода, или Южный мост, обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине (FSB от анл. FrontSide Bus).

В наиболее быстрых компьютерах частота системной шины составляет 400 МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой     400 МГц × 4 = 1600 МГц.

Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна 64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с = 100 Гбит/с = =12,5 Гбайт/с

В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины.

В современных процессорах используется коэффициент  умножения частоты 8.

Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет

 400 МГц × 8 = 3,2 ГГц.

Обмен  данными между Северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти частота шины памяти может составлять 400 МГц  × 4 = 1600 МГц, т.е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор.

Так как разрядность  шины памяти равна разрядности процессора и составляет  64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:

64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с = 100 Гбит/сек = 12, 5 байт/с = 12800 Мбайт/с .

Устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы) подключаются к Южному мосту по шине SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment – последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

 Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает  подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web-камера, модем и др.) .

АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА Магистрально-модульный принцип построения компьютера  

Урок по предмету

«Информатика и ИКТ»

Разработка преподавателя

высшей квалификационной категории

Давыдовой Галины Владимировны

Ц е л и:

• Обучающая:

изучить и закрепить новые понятия по теме «Архитектура персонального компьютера. Магистрально-модульный принцип построения компьютера»

• Развивающая:

способствовать развитию логического мышления, умения излагать мысли, интереса учащихся к данной теме и предмету в целом

• Воспитательная:

Воспитание информационной культуры студентов, внимательности, дисциплинированности, усидчивости

Вид урока:

урок изучения нового материала

Оборудование:

Компьютеры.

Мультимедийный проектор.

• Наглядные материалы:
• Мультимедийная презентация

ПЛАН УРОКА

• Организационный момент (2 мин);
• Подготовка к основному

этапу занятия (3 мин);

• Формирование новых знаний и

способов действий (15мин);

• Физкультминутка (2 мин);
• Самостоятельная работа (10 мин)
• Первичное закрепление (10 мин);
• Подведение итогов урока,

домашнее задание (3 мин);

Организационный момент

• Проверка посещаемости.

• Проверка наличия конспектов и раздаточного материала на столах.

• Проверка исправности технических средств

Подготовка к основному этапу занятия

• Вступительное слово преподавателя.

• Ознакомление с новым материалом с использованием мультимедийной презентации.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

• В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип .
• Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.
• К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ШИНЫ

• Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается. Быстродействие устройств зависит от тактовой частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах – МГц) и разрядности, т.е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт.
• (Такт – это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройства компьютера). Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться.

• Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах ) и частоты шины (измеряется в герцах – Гц, 1Гц = 1 такт в секунду):
• Пропускная способность шины = разрядность шины × частоту шины

Многие дополнительные устройства интегрированы в современные материнские (системные) платы:

Сетевая карта

Сетевой адаптер беспроводной

cвязи Wi-Fi

Внутренний модем

Звуковая карта

Чипсет

• Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который во многом определяет архитектуру современного персонально компьютера.

Северный и Южный мосты

• Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:
• - контроллер-концентратор памяти, или Северный мост, который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;
• - контроллер-концентратор ввода-вывода, или Южный мост , обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Чипсет Intel 845 GE

Упрощенная схема системной платы

Монитор

Процессор

Проектор

Систем

ная шина

Северный мост

Шина памяти

Видеоплата

Оперативная память

PSI-Express

Принтер, сканер,

Цифровая фотокамера,

Web-камера, модем, клавиатура, мышь

Жесткие диски

CD-дисководы

DVD-дисководы

Шина USB

Шина SATA

• Южный мост

• Системная шина

(см. рисунок предыдущего слайда)

• Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине (FSB от анл. FrontSide Bus).
• В наиболее быстрых компьютерах частота системной шины составляет 400 МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой 400 МГц × 4 = 1600 МГц.
• Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита,

то пропускная способность системной шины равна

64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с = 100 Гбит/с = =12,5 Гбайт/с

Частота процессора

• В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины.
• В современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8.
• Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет
• 400 МГц × 8 = 3,2 ГГц.

Шина памяти

• Обмен данными между Северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти , частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти частота шины памяти может составлять 400 МГц × 4 = 1600 МГц, т.е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор.
• Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:
• 64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с =

= 100 Гбит/сек = 12, 5 байт/с = 12800 Мбайт/с .

Шины SATA и USB

Шина SATA.

Шина USB.

• Устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы) подключаются к Южному мосту по шине SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment – последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

• Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) . Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web-камера, модем и др.) .

Шина PCI Express

• По мере усложнения графики приложений требования к быстродействию шины, связывающей видеопамять с процессором и оперативной памятью, возрастают.
• В настоящее время для подключения видеоплаты к Северному мосту все большее распространение получает шина PCI Express (Peripherial Component Interkonnect bus Express – ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств) . Пропускная способность этой шины может достигать

32 Гбайт/с.

• К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA (Video Graphics Array – графический видеоадаптер) или цифрового разъема DVI(Digital Visual Interface – цифровой видеоинтерфейс) подключается электронно-лучевой или жидкокристаллический монитор или проектор.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ТЕМЕ «АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА. МАГИСТРАЛЬНО-МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРА»

• Какой принцип положен в основу архитектуры современных персональных компьютеров?
• Какие возможности предоставляет модульность потребителю?
• Что из себя представляет «магистраль»?
• Какие дополнительные устройства могут быть интегрированы в современные материнские платы?
• Назовите две основные большие микросхемы чипсета и перечислите их функции.
• От чего зависит быстродействие устройств компьютера. Назовите единицу измерения тактовой частоты обработки данных и разрядности.
• Дайте объяснение термину «такт».
• Как рассчитывается пропускная способность шины?
• Назовите назначение системной шины. Чему равна её пропускная способность?
• Чему равна частота процессора?
• Шина памяти – её назначение и пропускная способность
• Шина PCI Express – её назначение, пропускная способность.
• Шина SATA – её назначение, скорость передачи данных.
• Шина USB – её назначение, пропускная способность.

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА

• Я попрошу вас закончить предложения, это будут ваши чувства, эмоции здесь и сейчас.

• В целом урок прошёл… .

• На занятии я научился… .

• Во время занятия мне было трудно…, потому что… .

• Мне бы хотелось…..

• Я приобрёл... .

• Больше всего мне понравилось… .