Лекция 5.

ЭВМ как средство обработки информации

1. Архитектура эвм.

Прежде чем обсуждать устройство ЭВМ необходимо познакомиться с понятием «архитектура».

Под архитектурой понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.

Основные компоненты архитектуры ЭВМ

Из рисунка видно, что архитектура и структура ЭВМ это не одно и то же. Структура определяет конкретный состав вычислительного средства на некотором уровне детализации (устройства, блоки, узлы) и описывает связи внутри средства во всей их полноте. Архитектура же определяет правила взаимодействия составных частей вычислительного средства, регламентирует не все связи, а наиболее важные, которые должны быть известны для более грамотного использования данного средства. Так пользователю ЭВМ безразлично, на каких элементах выполнены электронные схемы, а важно другое – как те или иные структурные особенности ЭВМ связаны с возможностями, предоставляемыми пользователю.

2. Аппаратная конфигурация вычислительной системы

Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию – аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, которую можно собирать из готовых блоков и узлов. По способу расположения устройств различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Базовый состав аппаратных средств

Конфигурацию компьютера (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Однако существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. Понятие базовой конфигурации по мере развития техники может меняться. В настоящее время в состав базовой конфигурации включают: системный блок, монитор, клавиатуру и мышь.

Системный блок является основным узлом, внутри которого установлены наиболее важные компоненты: (слайд состав системного блока)

Системная (материнская плата). Системная плата (System Board), на компьютерном жаргоне часто называемая материнской (motherboard), а иногда основной или главной платой (main board) основная плата персонального компьютера. Ее можно рассматривать, как набор разъемов, позволяющих объединять в единое целое все внутренние устройства системного блока. Итак, материнская плата – это целый мир, мир сложный и многогранный. Основой ее является набор ключевых микросхем, также называемый набором системной логики или чипсетом. Тип чипсета, на котором построена системная плата, целиком и полностью определяет тип и количество комплектующих, из которых состоит компьютер, а также его потенциальные возможности. Иногда такая плата содержит всю схему компьютера (одноплатные). В противоположность одноплатным, в шиноориентированых компьютерах системная плата реализует схему минимальной конфигурации, остальные функции реализуются с помощью многочисленных дополнительных плат. Поэтому эта центральная плата, к которой присоединяются все остальные зовётся материнской, а все присоединяемые – дочерними. Все дочерние компоненты соединяются параллельными проводниками — шинами. В системной плате нет видеоадаптера, некоторых видов памяти и средств связи с дополнительными устройствами. Эти устройства (платы расширения) добавляются к системной плате путем присоединения к шине расширения, которая является частью системной платы. Последние годы встречаются платы с двумя, а то и с тремя видеоразъемами. Также существуют и очень дешевые системные платы без видеоразъемов– их чипсеты имеют встроенное графическое ядро, и внешняя графическая карта для них необязательна. Рядом со слотами для видеокарт обычно находятся слоты для подключения дополнительных карт расширения.

 

Еще одна достаточно важная группа разъемов – интерфейсы для подключения дисковых накопителей – жестких дисков и оптических приводов. На старых моделях там также находится разъем для floppy-дисковода (3,5-дюймовые дискеты). Все дисковые накопители подключаются к системной плате с помощью специальных кабелей, в разговорной речи также называемых "шлейфами".

 

Недалеко от процессора располагаются разъемы для подключения питания. Их должно быть два типа – 24-контактный ATX и 4-контактный ATX12V для дополнительной линии +12 В. Также присутствует двух-, трех- или четырехфазный модуль регулирования напряжения VRM (Voltage Regulation Module), состоящий из силовых транзисторов, дросселей и конденсаторов. Этот модуль преобразует, стабилизирует и фильтрует напряжения, подаваемые от блока питания.

 

.

На материнской плате размещаются:

1. процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

2. оперативная память (оперативное запоминающее устройство ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;

3. постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных и даже при выключенном компьютере;

4. энергонезависимая память CMOS;

5. микропроцессорный комплект ( анг. chipset) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих функциональные основные возможности материнской платы;

6. шины – физические интерфейсы, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

7. тактовый генератор – это микросхема вырабатывающая через равные промежутки времени сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютера;

8. разъёмы для подключения дополнительных устройств (слоты).

Процессор (микропроцессор МП)

Общая характеристика

Микропроцессор выполняет следующие функции:

• чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

• чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств;

• прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

• обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;

• выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

МП конструктивно состоит из ячеек, называемых регистрами. В регистрах могут находиться, как данные, так и команды.

Совокупность всех возможных команд, которые может выполнять процессор над данными, образует систему команд процессора. Различают 3 типа процессоров:

• с расширенной системой команд (CISC – процессоры);

• с сокращенной системой команд (RISC – процессоры) ;

• с минимальным набором команд (MISC – процессоры). Процессоры MISC обладают высоким быстродействием (в настоящее время эти модели находятся в стадии разработки).

CISC – процессоры (Complex Instruction Set Computing ) имеют широкий набор системных команд, сложную архитектуру и высокую среднюю продолжительность исполнения одной команды. Они используются в универсальных вычислительных системах.

RISC – процессоры (Reduced Instruction Set Computing) имеют меньшее количество команд, каждая из которых выполняется намного быстрее.

Современные RISC МП (80860, 80960, 80870, Power PC) являются 64-разрядными при быстродействии до 150 млн. оп./с. Микропроцессоры Power PC (Performance Optimized With Enhanced RISC PC) весьма перспективны и уже сейчас широко применяются в машинах-серверах и в ПК типа Macintosh.

Микропроцессоры типа RISC имеют очень высокое быстродействие, но программно не совместимы с CISC-процессорами: при выполнении программ, разработанных для ПК типа IBM PC, они могут лишь эмулировать (моделировать, имитировать) МП типа CISC на программном уровне, что приводит к резкому уменьшению их эффективной производительности.

Микропроцессоры типа RISC используются в основном в специализированных вычислительных системах или устройствах, ориентированных на выполнение единообразных операций.

Кроме того, в последнее время компания AMD изготавливает МП AMD-K6, который имеет гибридную архитектуру.