2_Устройство и работа компьютера
.pdfАРХИТЕКТУРА
КОМПЬЮТЕРА
Компьютер делает не то, что вы хотели, а то, что вы просили
(c) 2008 Арьков В.Ю. |
1 |
Системная шина
•Компьютеры часто строятся по схеме с системной шиной. Все устройства подключаются к шине, через которую обмениваются информацией.
|
|
|
|
|
|
диск 1 |
|
|
|
диск n |
|
|
|
|
принтер |
|
|
|
диск А: |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CPU |
|
|
|
|
|
контроллер |
|
|
|
|
K-р паралл. порта |
|
|
контроллер |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ж. дисков |
|
|
|
|
|
|
(LPT) |
|
|
г. дисков |
|
|||||||||||||
Шина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К-р кл-ры |
|
|
|
|
|
К-р |
|
|
|
|
|
K-р посл. |
|
|
|
|
|
контроллер |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
памяти |
|
|
|
|
порта (COM) |
|
|
|
|
|
видеопамяти |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К-р кл-ры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Память |
|
|
|
|
|
Мышь, |
|
|
|
|
|
|
дисплей |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
модем ... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Шина
•Шина – несколько линий связи внутри компьютера для быстрой передачи информации.
•Шина выглядит как несколько металлических дорожек на печатной плате или как многожильный кабель (шлейф).
•Передача информации по шине данных – последовательность электрических сигналов. В простейшем случае нули и единицы кодируются с помощью уровня напряжения на каждом проводнике: 0 В = «логический 0» и +5 В = «логическая 1».
•System bus
(c) 2008 Арьков В.Ю. |
2 |
Контроллер
•Устройства подключаются к шине через контроллеры
•E. controller (схема управления устройством)
•to control (управлять)
•Процессор и устройство ввода/вывода могут работать параллельно (одновременно).
•У каждого контроллера есть свой буфер (память) для временного хранения данных. Процессор отправляет данные из оперативной памяти в эти локальные буферы
ичитает данные из буферов в память.
Bus
bus
(1)a large motor vehicle designed to carry passengers stopping places along a regular route; short for omnibus
(2)short for busbar
L. omnis (all) – F. voiture omnibus (carriage for all) busbar
(1)an electrical conductor, maintained at specific voltage and capable of carrying a high current, usually used to make a common connection between several circuits in a system
(2)a group of such electrical conductors at a low voltage, used for carrying data in binary form between the various parts of a computer or its peripherals
bar
(1)a regular straight length of metal, wood, etc. used as a barrier or as a structural or mechanical part
(2)a solid usually rectangular block of any material …(36) …
(c) 2008 Арьков В.Ю. |
3 |
Пример шины (System bus)
R/W |
|
операция |
|
|
|
||
A16 |
... |
шина адреса |
|
|
|
||
A1 |
|
|
|
D16 |
... |
шина данных |
|
D1 |
|
|
|
IRQ0 |
... |
запросы на |
|
прерывание |
|||
|
|
IRQ15
Системная шина
Работа шины
•К шине подключаются несколько устройств одновременно (параллельно)
•Передача информации осуществляется по определенным правилам (протоколу)
•Операция записи (Write)
•устройство-передатчик отправляет данные в устройствоприемник
–устройство-передатчик захватывает шину и выставляет адрес устройства-приемника
–устройство-передатчик выставляет флаг (двоичный разряд) операции чтения
–все остальные устройства ожидают, когда к ним обратятся (когда появится их адрес на шине адреса)
–устройство-передатчик выставляет данные на шину данных
–устройство-приемник читает данные с шины данных
–устройство-передатчик освобождает шину
(c) 2008 Арьков В.Ю. |
4 |
Домашнее задание
•Расшифровать и перевести сокращения
–CPU
–COM
–LPT
–ISA
–PCI
–ATA
–SATA
–IDE
–UltraDMA
–AGP
–BIOS
USB
•Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина
–www.usb.org
•Шина с разъемами снаружи компьютера
– USB 1.0 1,5 Мбит/с Low Speed
– USB 1.1 12 Мбит/с Full Speed
– USB 2.0 480 Мбит/с High Speed
– *USB 3.0 4,8 Гбит/с Super-Speed
–Полоса пропускания делится между всеми подключенными устройствами
•Автоматическая конфигурация
–Plug-and-Play – автоматическое распознавание типа устройства и настройка драйвера ОС
–Совместимость «сверху вниз»: новый порт и старое устройство или старый порт и новое устройство будут работать на медленной скорости
•Горячее подключение
–подключение и отключение устройств без выключения компьютера
–питание устройств через разъем шины
•Подключение большого числа устройств и разветвление шины
–физическая топология: многоярусная звезда
–подключение до 127 устройств
(c) 2008 Арьков В.Ю. |
5 |
Задача
•Сколько времени нужно для передачи 4 Гбайт по USB со скоростью
1,5 Мбит/с Low Speed
12 Мбит/с Full Speed
480 Мбит/с High Speed
FireWire
–IEEE 1394
–i.LINK
–DV, miniDV
•Plug-and-Play (автоматическое определение устройства)
•hot swap (горячее подключение)
•Максимальное число устройств 63
•Скорость 400 Мбит/с
•Новая модификация
–FireWire 800
–IEEE 1394b-2002
•скорость 800 Мбит/с
(c) 2008 Арьков В.Ю. |
6 |
SCSI
•Small Computer System Interface
–«скáзи»
•Многоцелевая шина ввода-вывода
–Жесткие диски
–Периферия
•Подключение до 8 (16) устройств
•Высокая надежность
•Производительность при интенсивной нагрузке
•Часто используется в серверах
•Высокая стоимость
Поддержка шин
•Компоненты компьютера взаимодействуют через шины
–Шина процессора
–Шина памяти
–Шина кэша
–Локальная шина ввода-вывода
–Стандартная шина ввода-вывода
–Ускоренный графический порт AGP
•Обмен данными между несовместимыми шинами: мост
–Северный мост – North Bridge
–Южный мост – South Bridge
(c) 2008 Арьков В.Ю. |
7 |
Иерархия памяти
•Устройства хранения информации различаются по емкости, стоимости и быстродействию:
Время доступа |
|
|
|
|
|
|
|
|
Объем |
|||||
1 нс |
|
|
Регистры |
|
|
|
|
|
<1 кб |
|||||
2 нс |
|
|
Кэш |
1 |
Мб |
|||||||||
10 нс |
Основная память |
|
64-512 |
Мб |
||||||||||
10 |
мс |
|
Магнитный диск |
|
50-500 |
Гб |
||||||||
100 |
с |
|
|
Магнитная лента |
|
|
20-100 |
Гб |
Перфокарты, перфоленты
Иерархия запоминающих устройств (ЗУ)
•Внутренняя память
–Регистры
–Кэш
–Основная (оперативная) память
•Внешняя память
–Магнитный диск
–CD
–DVD
•Автономная память
–Магнитная лента
–Перфолента, перфокарта
(c) 2008 Арьков В.Ю. |
8 |
Регистры
• Ячейки памяти внутри |
|
процессора |
|
– Регистры общего назначения |
AH |
(РОН) |
|
• A, B, C или R1, R2, R3 |
AX |
|
|
• AX, = {AH; AL} high, low |
|
– Счетчик команд
AL
• PC – Program Counter
– Указатель стека
•SP – Stack Pointer –
–Слово состояния процессора
•PSW – Processor Status Word
Кэш
•«Сверхоперативная» память для временного хранения данных, СОЗУ
–Процессор выполняет команды быстрее, чем команды читаются из памяти
–Часто используемая информация либо следующая порция данных читаются из кэша, а не из памяти.
•[F. cache – тайник, хранилище]
(c) 2008 Арьков В.Ю. |
9 |
Кэш
ЦП Кэш Память
Слова Блоки
Основная память
–ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
–Оперативная память
–RAM – Random Access Memory
–Main memory
•В ОЗУ размещаются программы перед их выполнением
–Процессор читает очередную команду из ОЗУ и выполняет
ее
–Значение счетчика команд увеличивается, чтобы PC указывал на следующую команду
•ОЗУ – энергозависимая память
–Содержимое памяти пропадает при выключении питания
(c) 2008 Арьков В.Ю. |
10 |