Архитектура персонального...

Архитектура персонального компьютера

Поколения ЭВМ

2-е поколение (с конца 1950-х гг.)

Элементная база – полупроводниковые элементы. Улучшились по сравнению с ЭВМ 1-го поколения все технические характеристики. Для программирования используются простейшие символьные команды.

1-е поколение (начало 1950-х гг.)

Элементная база – электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием,

низкой надежностью. Программирование выполнялось в кодах.


4-е поколение (с середины 1970-х)Элементная база – микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улуч-шились технические характеристики. Массовый выпуск персональных ком-

пьютеров. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислитель-ные системы с высокой производительностью, создание дешевых микроЭВМ.

3-е поколение (начало 1960-х)Элементная база – интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение

производительности, развитая конфигурация внешних устройств. Для программирования используются алгоритмические языки.


5-е поколение (с середины 1980-х)

Началась разработка интеллектуальных компьютеров, пока не увенчавшаяся успехом. Внедрение во все сферы компьютерных

сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных

информационных технологий.

Фон-неймановская модель

Предложена в 1946 г. ученым Джоном фон Нейманом.

С 1950 г. начала использоваться как основная во всех компьютерных устройствах.

Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков:

Устройства ввода/вывода информации для помещения в память входных данных и команд и извлечения из памяти результатов.

Память компьютера, содержащая команды и данные.

Процессор, состоящий из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ). Процессор выбирает из памяти команды и данные, выполняет над данными затребованную операцию и возвращает результат в память.

Фон-неймановская модель

Принципы Джона фон Неймана

Принцип двоичного кодирования

Вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.

Принцип программного управления

Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Принципы Джона фон Неймана

Принцип однородности памяти

Программы и данные хранятся в общей памяти. ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Принцип адресности

Память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Внутренняя структура персонального компьютера

Центральный процессор (CPU, Central Processing Unit)

Центральный процессор – функционально законченноепрограммно-управляемое устройство обработки информации,выполненное на одной или нескольких сверхбольшихинтегральных схемах.

Процессор является центральным блоком ПК и предназначендля выполнения арифметических и логических операций надинформацией и управления работой всех блоков машины.


В состав процессора входят: устройство управления (УУ); арифметико-логическое устройство (АЛУ); микропроцессорная память (кэш-память); интерфейсная система микропроцессора.


Основные характеристики процессоров

Тактовая частота. Во многом определяет скорость работы процессора. Для современных процессоров может находиться в диапазоне 1,5 – 4 ГГц. 1 ГГц = 1000 МГц, 1 МГц = 1 000 000 тактов в секунду.

Количество ядер процессора. Поскольку тактовые частоты современных процессоров приблизились к физическому пределу, для повышения их производительности применяется объединение нескольких процессорных ядер в одном корпусе. На сегодняшний день наиболее используемые процессоры с 2-4 ядрами, в более производительных системах – процессоры с 4-6 ядрами, в серверных системах и суперкомпьютерах – с 8-12 ядрами.


Объем кэш-памяти. Современные процессоры имеют двух- или трехуровневую организацию встроенной кэш-памяти. У кэш-памяти первого уровня (L1) наивысшая скорость и небольшой объем (обычно 16-128 Кбайт). Кэш-память второго уровня (L2) обладает несколько меньшим быстродействием, объем от 128 Кб до нескольких мегабайт. Кэш-память третьего уровня (L3) процессора AMD Phenom II имеет объем 6 Мб, а Intel Core i7 –8 Мб.

Справочная информацияКомпании производители процессоров: Intel и AMD.Процессоры Intel:1980 – начало 90-х процессоры семейства x86: модели 8086, 286, 486.С 1993 г. процессоры Intel Pentium, Pentium II, III, IV.

С 2006 г. компания выпускает процессоры, основанные на архитектуре Intel

Core 2.В 2008 г. Intel выпустила процессоры Core i7 с совершенно новой архитектурой. С 2010 г. массовое производство процессоров Core i3, Core i5, Core i7.Упрощенная версия процессоров компании Intel выпускается под маркой Celeron.

Процессоры AMD:Процессоры Athlon, Duron. Упрощенная версия – процессор Sempron.В 2008 г. разработан процессор Phenom.В 2009 г. вышли процессоры Phenom II/Athlon II.

Системная плата

Системная, или материнская, плата – базовоеустройство компьютера, обеспечивающеевзаимодействие всех подключенных к нейустройств.

На системную плату устанавливается процессор,оперативная память, платы расширения. К нейподключаются дисковые накопители, устройстваввода/вывода, приводы CD/DVD и др. Насистемной плате также располагаются микросхемаBIOS, батарейка для питания часов и CMOS (памятьс автономным питанием), тактовый генератор.


Сопряжение и связь всех устройств компьютераосуществляется с помощью системной шины.

Системная шина – это основная интерфейсная системакомпьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всехего устройств между собой.

Системная шина (магистраль) включает в себя:

шину данных;

шину адреса;

шину инструкций;

шину питания.

Оперативная память(RAM, Random Access Memory)

Оперативное запоминающее устройство (оперативнаяпамять, RAM, Random Access Memory) предназначенодля хранения информации (программ и данных),участвующей в вычислительном процессе на текущемэтапе функционирования ПК.

Оперативная памятьэнергозависимая:при отключениипитания информация,хранящаяся в ней, теряется.

Справочная информацияОперативная память выполняется в виде отдельных модулей, которыеустанавливаются в соответствующие разъемы на системной плате.Существуют следующие типы модулей:SIMM. Модуль памяти с односторонним расположением выводов. Устаревший тип.DIMM. Модуль, имеющий двухстороннее расположение выводов.SODIMM. Компактный вариант модуля DIMM, который используется в ноутбуках.

На сегодняшний день используются модули оперативной памяти DIMM и SODIMM

стандартов DDR2 и DDR3.

Каждый модуль состоит из нескольких чипов памяти. Каждый чип памяти – это особая матрица из миллионов миниатюрных конденсаторов, которые являются элементарными ячейками памяти и могут находиться в заряженном (1) и разряженном (0) состоянии. Кроме конденсаторов на чипе есть схемы управления чтением, записью и регенерацией данных (для восстановления заряда конденсаторов, поскольку со временем они самопроизвольно разряжаются).

Внешние запоминающие устройства

Внешние запоминающие устройства (внешняя память)используется для долговременного хранения программ иданных, записи и выдачи хранимой информации по запросув оперативное запоминающее устройство.

Все эти устройства являются энергонезависимыми.

К внешним запоминающим устройствам относятся: Жесткие диски. Устройства со сменными носителями. Дисководы гибких магнитных дисков. Устаревшее средство

хранения информации. Приводы для оптических дисков (CD/DVD). Запоминающие устройства флэш-памяти (USB накопители flash-

памяти, flash-карты).

Жесткий диск(винчестер, Hard Disk Drive, HDD)

Жесткий диск (винчестер, Hard Disk Drive, HDD) –носитель большого объема информации, на котором хранится все программное обеспечение компьютера.

Справочная информация

В этих накопителях круглые алюминиевые пластиныпокрытые слоем магнитного материала вместе с блокоммагнитных головок для считывания/записи помещены вгерметически закрытый корпус.

У жестких магнитных дисков в качестве запоминающейсреды используются магнитные материалы со специальнымисвойствами, позволяющими фиксировать два состояния –два направления намагниченности. Каждому из этихсостояний ставятся в соответствие двоичные цифры: 0 и 1.

В настоящее время используются диски объемом 200 Гб – 4 Тби интерфейсами подключения к системной плате SATA и SCSI.

Накопители на гибких магнитных дисках Floppy Disk Drive, FDD

Накопители на оптических дисках

Неперезаписываемые оптические диски (компакт диски, CD-ROM – Compact Disc Read Only Memory)

Объем информации ~ 700 Мб.

Перезаписываемые оптические диски с однократной (CD-R – Compact Disk Recordable) и многократной (CD-RW – Compact Disk ReWritable)

Объем информации ~ 700 Мб.

DVD-диски (Digital Versatile Disk – цифровой диск общего назначения)

Объем информации до 17 Гб.

Архитектура персонального...

Documents