ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ХОЛОДУ

ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Кафедра інформаційно-комунікаційних технологій

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ ЗА КУРСОМ:

"Архітектура комп'ютерів"

Склав: Рибалов Б.О.

Одеса - 2007

ЗМІСТ

1. Архітектура ЕОМ 3

1.1. Покоління комп'ютерів. 6

1.2. Архітектура процесорів. 9

1.2.1. Покоління процесорів 12

1.2.2. Характеристики процесорів 19

1.2.3. Архітектура процесора Pentіum 21

1.2.4. Арифметико-логічний пристрій 22

1.2.6. Класифікація, найменування і параметри процесорів 32

1.3. Організація системи переривання. 41

1.3.1. Основні визначення і характеристики 41

1.3.2. Параметри ефективності системи переривання 44

1.3.3. Пріоритетне обслуговування переривань 49

1.3.4. Організація повернення до перерваної програми 52

1.3.5. Особливості системи переривання в сучасних ЕОМ 53

2. Організація пам'яті комп'ютера 56

2.1. Загальні зведення, визначення і класифікація 56

2.2. Оперативне запам'ятовуюче пристрій. 59

2.3. Адресація ОЗУ. 70

2.4. Постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗУ). 71

2.5. Розподіл пам'яті в комп'ютерах 76

2.6. Зовнішня пам'ять ЕОМ. Носії інформації 102

3. Пристрою введення-висновку. Інтерфейси і шини. 115

3.1. Принципи організації підсистеми введення/висновку 115

3.2. Інтерфейси виводу-введення-висновку 120

3.3. Типи і характеристики стандартних шин 124

3.4. Пристрою введення інформації в комп'ютер. 130

Клавіатура 130

Маніпулятор "миша" 131

3.5. Пристрою висновку інформації з комп'ютера. 133

Монітори 133

Жидкокристаллические монітори 134

Вступ

Архітектура комп'ютерів – це дисципліна, що вивчає апаратну частину комп'ютера (цифровий ЕОМ): процесори, пам'ять (оперативна, постійна), тверді диски, системні і локальні шини, пристрої введення-висновку. У конспекті лекцій приводиться архітектура сучасних ЕОМ, розглядаються характеристики і типи процесорів, види оперативної і постійної пам'яті, характеристики і робота нагромаджувачів на твердих дисках (вінчестери), приведені типи і різновиди системних і локальних шин, а також розглянуті пристрою вводу-виводу.

1. Архітектура еом

Спрощена структура ЕОМ представлена на рис. 1.1 Комп'ютер містить наступні основні пристрої: арифметико-логічний пристрій, пам'ять, керуючий пристрій (процесор), пристрій уведення даних у машину (клавіатура), пристрій висновку з її результатів розрахунку (монітор) і пульт ручного керування.

Арифметико-логічний пристрій (АЛУ) робить арифметичні і логічні перетворення над машинними словами, що надходять у його, тобто кодами визначеної довжини, що представляють собою чи числа інший вид інформації.

Пам'ять зберігає інформацію, передану з інших пристроїв, у тому числі, що надходить у машину ззовні через пристрій уведення, і видає в усі інші пристрої інформацію, необхідну для протікання обчислювального процесу. Пам'ять машини в більшості випадків складається з двох істотно відрізняються по своїх характеристиках частин: швидкодіючої основний чи оперативний (внутрішньої) пам'яті (ОП) і порівняно повільно діючої, але здатної зберігати значно більший обсяг інформації зовнішньої пам'яті (Внп).

Оперативна пам'ять містить деяке число осередків, кожна з який служить для збереження машинного чи слова його частини. Осередки нумеруються, номер осередку називається адресою.

У запам'ятовуючих пристроях, що реалізують в ЕОМ функцію пам'яті, виконуються операції зчитування збереженої інформації для передачі в інші пристрої і записи інформації, що надходить з інших пристроїв. При зчитуванні слова з осередку вміст останньої не міняється і при необхідності слово може бути знову узяте з того ж осередку. При записі слово, що зберігалося в осередку, стирається і його місце займає нове.

Безпосередньо в обчислювальному процесі бере участь тільки ОП, і лише після закінчення окремих етапів обчислень із Внп в ОП передається інформація, необхідна для наступного етапу рішення задачі.

Керуючий пристрій автоматично без участі людини керує обчислювальним процесом, посилаючи всім іншим пристроям сигнали, що наказують їм ті чи інші дії, зокрема включає АЛУ на виконання потрібної операції.

Автоматичне керування процесом рішення задачі досягається на основі принципу програмного керування, що є основною особливістю ЕОМ.

Іншим найважливішим принципом є принцип збереженої в пам'яті програми. Відповідно до цього принципу команди програми, закодовані в цифровому виді, зберігаються в пам'яті нарівні з числами. У команді вказуються не самі адреси, що беруть участь в операціях числа, а, осередків ОП, у яких вони знаходяться, і адреса осередку, куди міститься результат операції.

Оскільки програма зберігається в пам'яті, ті самі команди можуть потрібне число раз витягатися з пам'яті і виконуватися. Більш того, тому що команди представляються в машині у формі чисел, то над командами як над числами машина може робити операції ("модифікації команд").

Команди виконуються в порядку, що відповідає їхньому розташуванню в послідовних комірках пам'яті, крім команд безумовного й умовного переходів, що змінюють цей порядок відповідно чи безумовно тільки при виконанні деякої умови, равенства, що задається звичайно у виді, нулю, позитивного чи негативного результату попередньої чи команди відносини типу >, =, < для чисел, що вказуються командою. Саме завдяки наявності команд умовного переходу ЕОМ може автоматично змінювати відповідним чином хід обчислювального процесу, вирішувати складні логічні задачі.

Перед рішенням задачі на ЕОМ програма і вихідні дані повинні бути поміщені в її пам'ять. Попередньо ця інформація звичайно заноситься в зовнішню пам'ять. Потім за допомогою пристрою введення програма і вихідні дані зчитуються в ОП.

Пристрій виводу служить для видачі з машини результатів розрахунку, наприклад, шляхом друкування їхній на друкованих чи пристроях відображення на екрані дисплея. За допомогою пульта керування оператор пускає і зупиняє машину, а при необхідності може втручатися в процес рішення задачі.

Представлена на рис. 1.1 структура (модель) обчислювальної машини, що одержала назву фоннеймановской, завдяки її витонченій простоті і великій гнучкості при керуванні обчислювальним процесом з найперших кроків електронної обчислювальної техніки і донині домінує при побудові різних ЕОМ.

Однак в останні роки конструктори ЕОМ, прагнучи досягти істотного підвищення їхньої продуктивності, у ряді випадків відходять від моделі ФОН Неймана.

Приведемо один із прикладів. У фоннеймановской машині з загальною пам'яттю для даних і команд мається всего одна шина (магістраль) для передачі з пам'яті в інші пристрої команд і даних, що веде до зниження швидкості роботи ЕОМ.

Можлива побудова машини з окремими пам'ятями і шинами для збереження і передачі команд і даних, що допускає рівнобіжне в часі витяг їх з пам'яті і передачу по шинах. Така структура (модель) одержала назву гарвардської, тому що була реалізована вперше в 1944 р. у Гарвардському університеті (США) у ранній релейній обчислювальній машині, що передувала появі електронних обчислювальних машин. Гарвардська модель реалізована, зокрема , у деяких мікропроцесорах.