Презентация - Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ
Содержание Понятие архитектуры ЭВМ Классическая архитектура ЭВМ. Принципы фон Неймана Схема ПК

Понятие архитектуры ЭВМ
Под архитектурой ЭВМ понимают описание устройства и работы компьютера, достаточное для пользователя и программиста. Понятие архитектуры не включает в себя технические детали организации ЭВМ, электронные схемы и т.д. Понятие архитектуры отражает движение информации в компьютере.

Понятие архитектуры ЭВМ
Толковый словарь по вычислительным системам предлагает следующее определение термина: «Архитектура ЭВМ используется для описания принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ».

Понятие архитектуры ЭВМ
Учебник А.В.Могилева дает следующее определение: «Архитектура — это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов».

Классическая архитектура ЭВМ. Принципы фон Неймана
Американский математик Джон фон Нейман в 1946 г. в классической статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства» совместно с Г.Голдстайном и А.Берксом предложил идею принципиально новой ЭВМ. Выдвинутые идеи актуальны и сегодня.

Принципы фон Неймана
1.Программное управление работой ЭВМ. Программа состоит из команд. Все команды образуют систему команд машины. Команды программы последовательно считываются из памяти и выполняются. Адрес очередной команды хранится в счетчике команд.

Принципы фон Неймана
2.Принцип хранимой программы. Команды представляются в числовой форме и хранятся в той же памяти, что и данные.

Принципы фон Неймана
3.Принцип условного перехода. Можно нарушить естественную последовательность команд в программе. Используется в командах безусловного и условного переходов

Принципы фон Неймана
4.Использование двоичной системы счисления для представления информации в ЭВМ. Ее просто реализовать технически для выполнения арифметических и логических операций. Ранее ЭВМ обрабатывали числа в десятичном виде.

Принципы фон Неймана
Принцип иерархичности ЗУ. 1 уровень — Быстродействующее ОЗУ — небольшой емкости для операндов и команд, участвующих в счете в данный момент, 2 уровень — внешнее ЗУ большей емкости. Иерархичность ЗУ в ЭВМ это компромисс между емкостью и быстрым доступом к данным.

Принципы фон Неймана
Фон Нейман предложил структуру ЭВМ. Она использовалась в первых двух поколениях ЭВМ. Стрелки отражают движение информации.

Схема фон Неймана

Устройства
Процессор. Программно-упраляемое устройство, обрабатывает данные и управляет работой компьютера. Состоит из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ). УУ управляет работой компьютера, взаимодействием компонентов друг с другом. АЛУ исполняет арифметические и логические операции.

Устройства
Оперативное запоминающее устройство. Хранит информацию, с которой компьютер работает в данное время: программу, исходные данные, промежуточные и конечные результаты счета. Эта память небольшого объема, энергозависима.

Устройства
Внешнее запоминающее устройство. Это были магнитные устройства для долговременного хранения информации. Большего объема, более медленные. Магнитные барабаны, ленты, диски.

Магнитный барабан 1 электродвигатель 2 цилиндр барабан 3 магнитные головки 4 дорожки 5 ось магнитного барабана 6 станина корпус

Магнитные ленты

Устройства ввода информации. Перфокарты, перфоленты, клавиатура.

Перфокарты, перфолента

АЦПУ

Устройства вывода информации. АЦПУ, дисплей, принтер.

Разработанная фон Нейманом архитектура оказалась фундаментальной. Его идеи используются и в современных компьютерах. Исключение составляют системы параллельных вычислений, где отсутствует счетчик команд. Новые архитектурные решения очевидно будут использованы в машинах 5 поколения

3. Схема микрокомпьютера 4 поколения
В архитектуре персональных машин реализован магистрально модульный принцип: Все устройства выполнены в виде самостоятельно работающих модулей Для связи всех устройств компьютера используют шину, магистраль, по которой передаются данные, адреса и управляющие сигналы.

Эту архитектуру еще называют открытой, так как систему легко пополнить новыми периферийными устройствами.

Схема ПК 4 поколения

Компонеты PC Системная плата — ядро системы. Главная деталь, с ней все соединяется, она управляет всеми устройствами системы. Содержит следующие компоненты: Гнездо процессора; Преобразователи напряжения питания процессора; Набор микросхем системной логики; Кэш-память второго уровня; Гнезда памяти; Разъемы (слоты) шины; ROM BIOS; Батарея для питания часов; CMOS; Микросхема ввода-вывода.

Внешний вид системной платы asus P5LD2 C

Набор микросхем системной логики – основа системной платы, управляет ЦП, шиной процессора, кэш-памятью второго уровня, оперативной памятью, шиной PCI, ISA, ресурсами системы. Определяет возможности системной платы, поддерживаемые типы процессоров, памяти, плат расширения, дисководов и т.д.

Процессор intelr pentiumr 4 3000E 1Mb 800MHz 478 pin

Процессор. Двигатель компьютера. Эта микросхема выполняет команды программного обеспечения. Содержит миллионы транзисторов, которые выгравированы на кристалле кремния. Оперативная память. Системная память, память с произвольным доступом. Это основная память, в которую записываются программы и данные, используемые процессором во время обработки.

Модуль памяти

Модули памяти относятся к одному из двух типов: SIMM (Single Inline Memory Module) — одиночный встроенный модуль памяти и DIMM (Dual Inline Memory Module) — двойной встроенный модуль памяти.

Корпус. Внутри корпуса размещается системная плата, источник питания, дисководы, платы адаптеров и другие компоненты системы. Источник питания. От источника питания напряжение подается к каждому отдельному компоненту. Преобразует напряжение переменного тока в постоянное 3,3, 5 и 12 в.

Дисковод гибких дисков. Накопитель на жестких дисках. Главный носитель информации в системе. Накопитель CD-ROM. Накопители CD-ROM и DVD-ROM (Digital Versatile Disc — цифровой универсальный диск) устройсва со сменными носителями информации большой емкости с оптической записью информации. На них распространяется дистрибутивное ПО.

Клавиатура. Основное устройство, с его помощью пользователь управляет системой. Мышь. Координатно указательное устройство. Видеоадаптер. Управляет отбражением информации на мониторе. Состоит из видеочипа – набор микросхем системной логики, оперативной видеопамяти, цифроаналогового преобразователя, BIOS. Видеочип упрвляет отображением информации на экране, записывает данные видеопамять. ЦАП читает данные из видеопамяти и преобразует их из цифровой формы в аналоговые сигналы управления монитором. BIOS содержит первичный драйвер, кторыйпозволяет монитору работать во время загруки в текстовом режиме. Затем с диска загружается более совершенный драйвер, который позволяет работать дисплею в сложном видеорежиме.

Видеоадаптер

Монитор. Мониторы клссифицируют по трем параметрам: Размер по диагонали от 14 до 21 дюйма; Разрешающая способность от 640х480 до 1600х1200 пикселей. Сначала размер по горизонтали, затем по вертикали. Каждый пиксель монитора состоит из 3-х элементов-точек, по одной для каждого цвета красного, синего и зеленого. Частота регенерации изображения от 60 о 100 гц. Она показывает как часто дисплей повторно отображает содержание видеопамяти. Частота регенерации и разрешающая способность определяются видеоадаптером.

Устройства ввода-вывода подключаются через контроллеры внешнего устройства. Это специализированный процессор, который управляет периферийным устройством, имеет собственную систему команд. Например, контролер дисковода умеет позиционировать головку на нужную дорожку диска, читать и записывать сектор и т.д.

Наличие интеллектуальных внешних устройств изменило принцип обмена информацией. ЦП дает задание на обмен информацией контроллеру, а далее контролер сам производит обмен без участия ЦП. Стали возможны прямые информационные связи между устройствами, передача данных из внешних устройств в ОЗУ и наоборот. Этот режим называется прямым доступом к памяти.

мы упрощенно предполагали, что все устройства взаимодействуют через общую шину. При увеличении количества устройств, основная магистраль перегружается, тормозит работу компьютера. В состав ЭВМ включаются дополнительные шины: для обмена процессора с памятью, для связи с быстрыми внешними устройствами, для связи с медленными устройствами. Для режима прямого доступа к памяти требуется высокоскоростная шина данных ОЗУ.

Вопросы
Дайте определение архитектуры Сформулируйте принципы фон Неймана Нарисуйте схему фон Неймана, опишите устройства Какие два принципы заложены в архитектуру ПК Нарисуйте схему ПК, перечислите компоненты схемы

Перечислите и опишите компоненты системной платы Опишите компоненты системного блока Опишите периферийные устройства Что такое контроллер? ПО каким параметрам классифицируют мониторы? Что означает прямой доступ к памяти?