Архитектура ПК

Под архитектурой компьютера будем понимать функциональную организацию компьютера, т.е. описание устройств, принципы их работы, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативной памяти и внешних устройств.

Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Несмотря на разнообразие существующих в настоящее время ЭВМ, в основу их построения и работы заложены общие функциональные принципы, которые впервые были сформулированы американским математиком Джоном фон Нейманом и представлены им еще в 1945 году в "Предварительном докладе о машине EDVAC.

Для того, чтобы устройство было универсальным средством обработки информации, оно должно состоять из следующих частей:
- арифметико-логического устройства (АЛУ)
- устройства управления (УУ)
- оперативной памяти (ОП)
- устройств ввода-вывода (УВВ).

А также быть электронным, а не механическим, и работать в двоичной системе счисления.

Память - это совокупность ячеек с адресами, где хранится информация, закодированная двоичными числами. И каждому устройству в любой момент доступна любая ячейка основной памяти

• Под архитектурой компьютера будем понимать функциональную организацию компьютера, т.е. описание устройств, принципы их работы, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативной памяти и внешних устройств.

КЛАССИЧЕСКАЯ АРХИТЕКТУРА ФОН НЕЙМАНА

• Несмотря на разнообразие существующих в настоящее время ЭВМ, в основу их построения и работы заложены общие функциональные принципы, которые впервые были сформулированы американским математиком Джоном фон Нейманом и представлены им еще в 1945 году в "Предварительном докладе о машине EDVAC"

• Для того, чтобы устройство было универсальным средством обработки информации, оно должно состоять из следующих частей: - арифметико-логического устройства (АЛУ) - устройства управления (УУ) - оперативной памяти (ОП) - устройств ввода-вывода (УВВ). А также быть электронным, а не механическим, и работать в двоичной системе счисления.

Принцип общего устройства

АЛУ

УУ

УВВ

ОП

• Память - это совокупность ячеек с адресами, где хранится информация, закодированная двоичными числами. И каждому устройству в любой момент доступна любая ячейка основной памяти

• Каждая команда кодируется в двоичном коде в виде последовательности 0 и 1, и может быть помещена в память компьютера. Таким образом, программа, представляющая собой набор команд, хранится в памяти вместе с данными .

• ЭВМ может выполнять последовательность команд, находящуюся в памяти машины, без участия человека, т.е. автоматически.

• Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ) , а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ) . Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены. В составе процессора находится еще несколько устройств, называемых регистрами .

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОРА

Микропроцессоры различаются рядом важных характеристик:

• тактовой частотой обработки информации; разрядностью.
• тактовой частотой обработки информации;
• разрядностью.

• Тактом называют интервал времени между двумя последовательными импульсами электрического тока.
• Эти импульсы вырабатывает тактовый генератор частоты , расположенный на системной плате.
• Тактовая частота – это количество тактов в секунду и измеряется в мегагерцах(1МГц= 1 млн тактов/сек).

• Разрядность процессора - это число битов, обрабатываемых процессором одновременно. Процессор может быть 8-, 16-, 32- и 64-разрядным.
• Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемый процессором компьютера за единицу времени.

• Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов - битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами . (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы . Номер байта называется его адресом .

• Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти: Килобайт , Мегабайт , Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт .

• Различают два основных вида памяти - внутреннюю и внешнюю .

• Основная память (внутренняя) располагается внутри системного блока. Она является обязательной составной частью любого компьютера, реализуется в виде электронных микросхем и в персональных компьютерах располагается на материнской плате.
• Внутренняя память состоит из постоянной и оперативной.

• 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.

• Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.
• Объем ОЗУ обычно составляет от 32 до 2 Гбайт.

• Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем —(16, 32, 64, 128, 256 или 512 Мбайт), число микросхем , паспортная частота (100 или 133 МГц), время доступа к данным (6 или 7 наносекунд) и число контактов (72, 168 или 184).  

• 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.

• ПЗУ (англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом "зашивается" в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

• Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.

• К постоянному ЗУ относится и CMOS RAM — память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Setup — устанавливать) .

• Flash Memory — энергонезависимая память, допускающая многократ-ную перезапись своего содержимо-го с дискеты. Ее важнейшая микросхема — BIOS (базовая система ввода-вывода) — совокуп-ность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операцион-ной системы в оперативную память .

• VRAM — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Процессор

Внутренняя память

МАГИСТРАЛЬ

Устройства ввода:

Клавиатура Мышь Микрофон Сканер Цифровая камера Джойстик

Внешняя память:

НГМД НЖМД CD-ROM DVD-ROM

Устройства вывода:

Монитор Принтер Акустические колонки Плоттер

Устройства приема/ передачи:

Сетевая плата Модем

• Все, что накапливается за многолетнюю работу на компьютере (программы, данные, графика, документы и др.), хранится именно во внешней памяти. При отключении питания компьютера внешняя память, в отличие от оперативной, сохраняет помещенную в нее информацию сколь угодно долго.

• Обмениваться информацией непосредственно с процессором ВЗУ не могут. Если возникает необходимость использования, то на время обработки нужная информация загружается в оперативную память, которая обменивается ею непосредственно с процессором. Из оперативной памяти информация для хранения снова записывается в ВЗУ.

• Внешняя память по сравнению с оперативной работает на несколько порядков медленнее, так как представляет собой не электронные, а электромеханические устройства.

• В зависимости от технологии записи, хранения и воспроизведения инфор-мации устройства внешней памяти бывают магнитные, оптические и смешанные - магнитно-оптические. По способу доступа к информации устройства внешней памяти делят на устройства прямого доступа (дисковые) и устройства последова-тельного доступа (ленточные) .

• Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и считывание информации) и носителя (устройства хранения информации).

Основные характеристики ВЗУ :

Вид носителя

Информационнная ёмкость

дискета

Скорость обмена

1,44 Мбайта

винчестер

250, 300 и 500 Кб

от 10 Гбайт до 100 Гбайт

CD-ROM

до 60 Мбайт/сек

650 Мбайт

до 7,5 Мбайт/сек

CD-ROM