Архітектура комп ютера це: Архітектура комп’ютера — Вікіпедія

Архітектура комп’ютера

Архітектура комп’ютераРозробка уроку

Тема: архітектура комп’ютера.

Мета — ознайомити з:

• 
  типовою архітектурою персонального комп’ютера;
• 
  принципами фон Ноймана;
• 
  удосконаленням і розвитком внутрішньої структури комп’ютера;
• 
  основним циклом роботи комп’ютера;
• 
  системою вказівок комп’ютера і способами звернення до них.

По завершенню вивчення матеріалу

учень

має уявлення про:

• 
  типову архітектуру персонального комп’ютера;
• 
  принципи функціонування сучасних комп’ютерів;
• 
  гарвардську архітектуру комп’ютера;
• 
  фон-нейманівську архітектуру комп’ютера;
• 
  відмінності між архітектурами комп’ютера;
• 
  системи вказівок комп’ютера і способи звернення до них;
• 
  про макроконвеєрні машини для паралельних обчислень.

уміє: описувати за фон-нейманівською схемою принципи роботи сучасних комп’ютерів.

Обладнання й матеріали: ПК з встановленою ОС, (дана) інструкція.

Структура уроку

1. 
   Організаційний момент.
2. 
   Актуалізація опорних знань.
3. 
   Вивчення нового матеріалу.
4. 
   Закріплення вивченого матеріалу.
5. 
   Підбиття підсумків уроку.
6. 
   Домашнє завдання.

Хід уроку

1. Організаційний момент

Вітання з класом. Перевірка присутності і готовності учнів до уроку.

2. Актуалізація опорних знань

1. 
   Які є види інформаційних процесів?
2. 
   Назвіть пристрої:
   • 
     введення інформації;
   • 
     опрацювання інформації;
   • 
     виведення інформації;
   • 
     зв’язку;
   • 
     збереження інформації;
3. 
   Що таке материнська плата?
4. 
   Що таке центральний процесор?

3. Вивчення нового матеріалу

Комп’ютер виконує чотири інформаційні процеси: введення, опрацювання, виведення і зберігання даних. Усі сучасні комп’ютери, незважаючи на різноманіття моделей, мають основні складові, що забезпечують виконання цих процесів.

Архітектура ПК — опис сукупності пристроїв та блоків ПК і зв’язків між ними.

Поняття архітектури тісно пов’язане з принципами роботи ПК. Ахітектура визначає принципи дії, інформаційні зв’язки і взаємодію основних складових ПК: процесора, внутрішньої і зовнішньої пам’яті та периферійних пристроїв. Уніфікація архітектури ПК забезпечує їх сумісність з точки зору користувача.

Принципи, згідно з якими функціонує більшість сучасних комп’ютерів, опубліковано в 1946 році американським математиком Джоном фон Нейманом (1903–1057).

Він також описав машину, яка може бути універсальним засобом обробки інформації.

Історія питання

У 30-х роках уряд США доручив Гарвардскому і Прінстонського університету розробити архітектуру ЕОМ для військово-морської артилерії. В кінці 1930-х років в Гарвардському університеті Говардом Ейкен була розроблена архітектура, названа по імені цього університету.

Але перемогла розробка Прінстонського університету, відома зараз як архітектура фон Ноймана, що була простішою в реалізації.

Основні складові фон-нейманівської машини такі: пристрій керування, арифметико-логічний пристрій (АЛП), пам’ять, система введення та система виведення даних.

Принципи роботи комп’ютера за фон Нойманом

1. 
   За допомогою пристроїв введення дані і програми їх опрацювання потрапляють у пам’ять комп’ютера.

2. 
   З пам’яті комп’ютера дані надсилають до процесора (англійською Central Processing Unit – CPU – модуль центрального процесора).

3. 
   Арифметично-логічний пристрій здійснює опрацювання даних.

4. 
   Пристрій керування керує процесами опрацювання даних, їх збереженням і передаванням.

5. 
   Пристрої виведення даних здійснюють подання результатів опрацю­вання даних у виді, зручному для користувача.

Принципи функціонування сучасних комп’ютерів

1. 
   Принцип двійкового кодування полягає у тому, що всі дані подають у вигляді двійкових кодів.

2. 
   Принцип програмного керування полягає у тому, що всі операції з опрацюванням даних здійснюють відповідно до програм і ці програми розташовують у пам’яті комп’ютера.

3. 
   Принцип адресності полягає у такій організації пам’яті комп’ютера, за якої процесор може безпосередньо звернутись до даних, розташованих у будь-який частині пам’яті. А кожна найменша частина пам’яті (комірка пам’яті) має унікальну назву – адресу.

4. 
   Принцип однорідності пам’яті полягає у тому, що всі дані, у тому числі й програми, зберігають в одному і тому самому пристрої пам’яті.

З часом принципи побудови комп’ютера розвивали, їм надавали нового змісту, їх доповнювали. Під час розробки комп’ютерів у кінці 70-х років ХХ століття й особливо під час створення першого персонального комп’ютера корпорації IBM (IBM PC, 1981 р.), було сформульовано таке положення.

Магістрально-модульний принцип

1. 
   
   Дані між окремими пристроями комп’ютера передають єдиною магістраллю — системною шиною, в якій виділяють три окремі шини: шину даних, шину вказівок і шину адрес;

2. 
   Комп’ютер складається з окремих блоків — модулів, кожний з яких виконує певні функції.

Останнє дає змогу звести модернізацію або ремонт комп’ютера до заміни окремих модулів. Так, можна замінити процесор, блоки пам’яті, монітор на аналогічні або на пристрої з покращеними значеннями властивостей.

Виконання програми починають з того, що пристрій керування зчитує пам’ять комірки, у якій міститься перша вказівка програми, та організовує її виконання. Команда надходить до АЛП, який виконує певну операцію. Після виконання однієї вказівки пристрій управління (ПУ) починає виконання вказівки з наступної комірки памяті. Порядок комірок операційної системи, з яких відбувалося зчитування, визначається за допомогою вказівок ПУ. Тобто ПУ виконує програми автоматично, без втручання людини, в чому й полягає принцип програмного керування.

Вказівка (команда) — це опис (запис) (елементарної) операції, яку повинен виконати комп’ютер.

В загальному випадку, вказівка містить таку інформацію:

• 
  код операції, яку потрібно виконати;
• 
  приписи для визначення операндів чи їх адреси;
• 
  приписи для розміщення одержаного результату.

Центральний процесор розуміє і виконує лише визначену систему команд: ті коди, які вказують на виконання певних операцій. Будь-яка програму подають у вигляді послідовності таких кодів. Під час роботи програми центральний процесор в будь-який момент виконує одну з вказівок з дуже великою швидкістю. Також операційна система надає користувачу певний набір вказівок і відповідні їм відповіді, за допомогою яких можна керувати ЕОМ.

Введення
Клавіатура і миша — найпоширеніші пристрої для взаємодії з комп’ютером. Програмне забезпечення, що керує машиною, перетворює комбінації введених символів або як вказівки, які можна і потрібно виконати, або як дані, що підлягають опрацюванню. Прості програми можна ввести безпопередньо з клавіатури, але складніші й більші програми зазвичай завантажують в оперативну пам’ять за допомогою спеціального зовнішнього пристрою, яке передає до машини збережену на диску інформацію.

Опрацювання

У блоці центрального процесора пристрій керування пильнує за порядком виконання операцій. Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні і логічні операції. Активну програму розміщують в оперативній пам’яті комп’ютера, завдяки чому центральний процесор може вибирати вказівки послідовно, одну за одною. Програми, які завжди зберігають у сталій пам’яті, забезпечують початкову активацію комп’ютера і підтримують взаємодію процесора с пристроями введення-виведення.

Виведення
Монітор забезпечує відображення результатів опрацювання інформації. Зазвичай комп’ютер виводить на екран інформацію, яка надходить з клавіатури, а також свої відповіді. Принтер слугує для виведення інформації на папір. Інформацію можна виводити і електричними імпульсами.

Відміні ознаки Гарвардської архітектури ЕОМ

1. 
   Сховище інструкцій і сховище даних — різні фізичні пристрої.
2. 
   Канали інструкцій і канал даних фізично розділені.

Ідея, реалізована Ейкеном, полягала у фізичному поділі ліній передачі вказівок і даних. У першому комп’ютері Ейкена Марк I для зберігання інструкцій використовували перфоровану стрічку, а для роботи з даними — електромеханічні регістри. Це дозволяло одночасно пересилати й опрацьовувати вказівки й дані, завдяки чому значно підвищувалася загальну швидкодію комп’ютера.
У Гарвардській архітектурі характеристики пристроїв пам’яті для інструкцій і пам’яті для даних не потрібно мати загальними. Зокрема, ширина слова, таймінги, технологія реалізації та структура адрес пам’яті можуть різнитися. У деяких системах інструкції можуть зберігати у пам’яті лише для читання, в той час як, для збереження даних зазвичай потрібно пам’ять з можливістю читання і запису. У деяких системах потрібно значно більше пам’яті для інструкцій, ніж пам’яті для даних, бо ці дані зазвичай можна підвантажити із зовнішньої або більш повільнішої пам’яті. Така потреба збільшує бітность (ширину) шини адреси пам’яті інструкцій у порівнянні з шиною адреси пам’яті даних.

У чистій архітектурі фон Неймана процесор одномоментно може:

• 
  або читати інструкцію;
• 
  або читати/записувати одиницю даних з/в пам’яті.

Те й інше не може відбуватися одночасно, бо інструкції і дані використовують одну і ту ж системну шину. А в комп’ютері з використанням гарвардської архітектури процесор може читати інструкції та виконувати доступ до пам’яті даних в той же самий час, навіть без кеш-пам’яті. Таким чином, комп’ютер з гарвардської архітектурою може бути швидшим (при певної складності схеми), бо доставка інструкцій і доступ до даних не претендують на один і той же канал пам’яті.

Зауважимо: обчислювальна машина гарвардської архітектури має різні адресні простори для команд і даних. Наприклад, нульова адреса інструкцій — це не те саме, що і нульова адреса даних. Більше того, на ці адреси можуть відводити різну кількість бітів.

Ві́ктор Миха́йлович Глушко́в на конгресі IFIP (International Federation for Information Processing) виступив з доповіддю про рекурсивну ЕОМ (співавтори В.О. Мясников, М.Б. Ігнатьєв, В.О. Торгашев). Він висловив думку про те, що тільки розробка принципово нової нефонноймановської архітектури обчислювальних систем дозволить вирішити проблему створення суперЕОМ, продуктивність яких збільшується необмежено при нарощуванні апаратних засобів. Ідея побудови рекурсивної ЕОМ, підтриманої потужним математичним апаратом рекурсивних функцій, випередила свій час і залишилася нереалізованою через відсутність необхідної технічної бази.

В кінці 70-х років XX століття В. М. Глушков запропонував принцип макроконвеєрної архітектури ЕОМ з багатьма потоками команд і даних. За сучасною класифікацією — архітектура MIMD (англійською multiple instruction, multiple data — множинний потік команд, множинний потік даних). Розробку макроконвеєрної ЕОМ було виконано в Інституті кібернетики АН України під керівництвом В.М. Глушкова С.Б. Погребинським (головний конструктор), В.С. Михалевичем, О.А. Летичевським, І.М. Молчановим. Машина ЕС–2701 у 1984 р. і обчислювальна система ЕС–1766 у 1987 р. були передані в серійне виробництво на Пензенський завод ЕОМ. На той період це були найпотужніші в СРСР обчислювальні системи з номінальною потужністю понад 10⁹оп./сек. При цьому у багатопроцесорній системі забезпечено майже лінійне зростання продуктивності під час нарощування обчислювальних ресурсів і динамічна реконфігурація. Вони не мали аналогів у світовій практиці і стали оригінальним напрямком розвитку високопродуктивних систем.

4. Закріплення вивченого матеріалу

Відповісти на питання:

1. 
   Що таке архітектура комп’ютера?
2. 
   Які архітектури комп’ютера наразі відомі?
3. 
   У чому їхня відмінність?
4. 
   Назвіть принципи роботи комп’ютера за фон Нойманом.
5. 
   Назвіть принципи функціонування сучасних комп’ютерів
6. 
   Сформулюйте магістрально-модульний принцип.
7. 
   Що таке вказівка?
8. 
   Як виконує вказівки комп’ютер?

5. Підбиття підсумків уроку

Виставлення оцінок.

6. Домашнє завдання

Повторити вивчений матеріал.

Текст упорядкувала Бернада Олена Василівна, вчитель інформатики СЗШ № 165 Голосіївського району міста Києва, під час виконання випускної роботи на курсах підвищення кваліфікації з 09.01.13 по 27.04.14.

Що таке архітектура комп’ютера? Загальна структура комп’ютера?

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

Комп’ютер — це електронний пристрій, що виконує операції введення інформації, зберігання та оброблення її за певною програмою, виведення одержаних результатів у формі, придатній для сприйняття людиною. За кожну з названих операцій відповідають спеціальні блоки комп’ютера:

• пристрій введення,
• центральний процесор,
• запам’ятовуючий пристрій,
• пристрій виведення.

Всі ці блоки складаються з окремих дрібніших пристроїв. Зокрема в центральний процесор можуть входити арифметико-логічний пристрій (АЛП), внутрішній запам’ятовуючий пристрій у вигляді регістрів процесора та внутрішньої кеш-пам’яті, керуючий пристрій (КП). Пристрій введення, як правило, теж не є однією конструктивною одиницею. Оскільки види інформації, що вводиться, різноманітні, джерел може бути декілька. Це стосується і пристрою виведення.

Схематично загальна структура комп’ютера зображена на рис.1.

Рис. 1. Загальна структура комп’ютера

Пит.19. Якщо основа нової системи числення дорівнює деякому степеню старої системи числення, то алгоритм переводу дуже простий: потрібно згрупувати справа наліво розряди в кількості, що дорівнює показнику степеня і замінити цю групу розрядів відповідним символом нової системи числення. Цим алгоритмом зручно користуватися коли потрібно перевести число з двійкової системи числення у вісімкову або шістнадцяткову. Наприклад, =10110= , =1011100=

у двійковому відбувається за зворотнім правилом: один символ старої системи числення заміняється групою розрядів нової системи числення, в кількості рівній показнику степеня нової системи числення. Наприклад, =100111010=100111010 , B516=10110101=

Як бачимо, якщо основа однієї системи числення дорівнює деякому степеню іншої, то перевід тривіальний. У протилежному випадкові користуються правилами переведення числа з однієї позиційної системи числення в іншу (найчастіше для переведення із двійкової, вісімкової та шістнадцяткової систем числення у десяткову, і навпаки).

Пит. 20 . Персональний комп’ютер (ПК) призначений для обслуговування одного робочого місця і спроможний задовольнити потреби малих підприємств та окремих осіб. З появою Інтернету популярність зросла значно вище, оскільки за допомогою персонального комп’ютера можна користуватись науковою, довідковою, учбовою та розважальною інформацією.

Персональні комп’ютери умовно можна поділити на професійні та побутові, але в зв’язку із здешевленням апаратної частини, межі між нами розмиваються. З 1999 року задіяний міжнародний сертифікаційний стандарт — специфікація РС99:

· масовий персональний комп’ютер (Consumer PC)

· діловий персональний комп’ютер (Office PC)

· портативний персональний комп’ютер (Mobile PC)

робоча станція (WorkStation)

розважальний персональний комп’ютер (Entertaiment PC)

Більшість персональних комп’ютерів на ринку підпадають до категорії масових ПК. Ділові ПК — мають мінімум засобів відтворення графіки та звуку. Портативні ПК відрізняються наявністю засобів з’єднання віддаленого доступу (комп’ютерний зв’язок). Робочі станції — збільшені вимоги до пристроїв збереження даних. Розважальні ПК — основний акцент до засобів відтворення графіки та звуку.

Пит. 21 Великі ЕОМ (Main Frame)

Застосовують для обслуговування великих галузей народного господарства. Вони характеризуються 64-розрядними паралельно працюючими процесорами (кількість яких досягає до 100), інтегральною швидкодією до десятків мільярдів операцій за секунду, багатокористувацьким режимом роботи. Домінуюче положення у випуску комп’ютерів такого класу займає фірма IBM (США). Найбільш відомими моделями супер-ЕОМ є: IBM 360, IBM 370, IBM ES/9000, Cray 3, Cray 4, VAX-100, Hitachi, Fujitsu VP2000.

На базі великих ЕОМ створюють обчислювальний центр, що містить декілька відділів або груп (структура якого зображена на рис. 2). Штат обслуговування — десятки людей.

Структура обчислювального центру на базі великої ЕОМ:

Центральний процесор — основний блок ЕОМ, у якому відбувається обробка даних і обчислення результатів. Уявляє собою декілька системних блоків в окремій кімнаті, де підтримується постійна температура та вологість повітря.

Група системного програмування — займається розробкою, відлагодженням і втіленням програмного забезпечення, потрібного для функціонування обчислювальної системи. Системні програми забезпечують взаємодію програм з обладнанням, тобто програмно-апаратний інтерфейс обчислювальної системи.

Група прикладного програмування — займається створенням програм для виконання конкретних дій з даними, тобто забезпечення користувацького інтерфейсу обчислювальної системи.

Група підготовки даних — займається підготовкою даних, які будуть опрацьовані на прикладних програмах, створених прикладними програмістами. Зокрема, це набір тексту, сканування зображень, заповнення баз даних.

Група технічного забезпечення — займається технічним обслуговуванням всієї обчислювальної системи, ремонтом та відлагодженням апаратури, під’єднанням нових пристроїв.

Група інформаційного забезпечення — забезпечує технічною інформацією всі підрозділи обчислювального центру, створює і зберігає архіви розроблених програм (бібліотеки програм) та накопичених даних (банки даних).

Відділ видачі даних — отримує дані від центрального процесора і перетворює їх у форму, зручну для замовника (роздрук).

Великим ЕОМ притаманна висока вартість обладнання та обслуговування, тому робота організована у неперервний цикл.

Пит.22 Сучасну архітектуру комп’ютера визначають також такі принципи:

1.Принцип програмного керування. Забезпечує автоматизацію процесу обчислень на ЕОМ. Згідно з цим принципом, запропонованим англійським математиком Ч.Беббіджем у 1833 р., для розв’язання кожної задачі складається програма, що визначає послідовність дій комп’ютера. Ефективність програмного керування є високою тоді, коли задача розв’язується за тією самою програмою багато разів (хоч і за різних початкових даних).

2.Принцип програми, що зберігається в пам’яті. Згідно з цим принципом, сформульованим Дж. фон Нейманом, команди програми подаються, як і дані, у вигляді чисел й обробляються так само, як і числа, а сама програма перед виконання завантажується в оперативну пам’ять. Це прискорює процес її виконання.

3.Принцип довільного доступу до пам’яті. Згідно з цим принципом, елементи програм та даних можуть записуватися у довільне місце оперативної пам’яті. Довільне місце означає можливість звернутися до будь-якої заданої адреси (до конкретної ділянки пам’яті) без перегляду попередніх.

На підставі цих приниців можна стверджувати, що сучасний комп’ютер — технічний пристрій, який після введення в пам’ять початкових даних у вигляді цифрових кодів і програми їх обробки, вираженої також цифровими кодами, здатний автоматично здійснити обчислювальний процес, заданий програмою, і видати готові результати розв’язання задачі у формі придатній для сприйняття людиною.

Пит. 23 Процесор — головна мікросхема комп’ютера, його «мозок». Він дозволяє виконувати програмний код, що знаходиться у пам’яті і керує роботою всіх пристроїв комп’ютера. Швидкість його роботи визначає швидкодію комп’ютера. Конструктивно, процесор — це кристал кремнію дуже маленьких розмірів. Процесор має спеціальні комірки, які називаються регістрами. Саме в цих регістрах містяться команди, які виконуються процесором, а також дані, якими оперують ці команди. Робота процесора полягає у вибиранні з пам’яті у певній послідовності команд та даних і виконанні їх. На цьому і базується виконання програм. У ПК обов’язково має бути присутній центральний процесор (Central Rpocessing Unit — CPU), який виконує всі основні операції. Часто ПК оснащений додатковими сопроцесорами, орієнтованими на ефективне виконання специфічних функцій, такими як, математичний сопроцесор для обробки числових даних у форматі з плаваючою точкою, графічний сопроцесор для обробки графічних зображень, сопроцесор введення/виведення для виконання операції взаємодії з периферійними пристроями.Основними параметрами процесорів є:

тактова частота,

розрядність,

робоча напруга,

коефіцієнт внутрішнього домноження тактової частоти,

розмір кеш пам’яті.

У процесі роботи процесор обробляє дані, що знаходяться в його регістрах, оперативній пам’яті та зовнішніх портах процесора. Частина даних інтерпретується як власне дані, частина даних — як адресні дані, а частина — як команди. Сукупність різноманітних команд, які може виконати процесор над даними, утворює так звану систему команд процесора. Чим більший набір команд процесора, тим складніша його архітектура, тим довший запис команд у байтах і тим довша середня тривалість виконання команд.

Так, процесори Intel, які використовуються в IBM-сумісних ПК, нараховують більше тисячі команд і відносяться до так званих процесорів із розширеною системою команд — CISC-процесорів (CISC — Complex Instruction Set Computing). На противагу CISC-процесорам розроблено процесори архітектури RISC із скороченою системою команд (RISC — Reduced Instruction Set Computing). При такій архітектурі кількість команд набагато менша, і кожна команда виконується швидше. Таким чином, програми, що складаються з простих команд виконуються набагато швидше на RISC-процесорах.

Зворотна сторона скороченої системи команд полягає в тому, що складні операції доводиться емулювати далеко не завжди ефективною послідовністю простіших команд. Тому CISC-процесори використовуються в універсальних комп’ютерних системах, а RISC-процесори — у спеціалізованих. Для ПК платформи IBM PC домінуючими є CISC-процесори фірми Intel, хоча останнім часом компанія AMD виготовляє процесори сімейства AMD-K6, які мають гібридну архітектуру (внутрішнє ядро цих процесорів виконане по RISC-архітектурі, а зовнішня структура — по архітектурі CISC).

В комп’ютерах IBM PC використовують процесори, розроблені фірмою Intel, або сумісні з ними процесори інших фірм, що відносяться до так званого сімейства x86. Родоначальником цього сімейства був 16-розрядний процесор Intel 8086. В подальшому випускалися процесори Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486 із модифікаціями, різні моделі Intel Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III. Найновішою моделлю фірми Intel є процесор Pentium IV. Серед інших фірм-виробників процесорів слід відзначити AMD із моделями AMD-K6, Athlon, Duron та Cyrix.

Пит.24 Для переведення чисел із системи числення з основою p в систему числення з основою q, використовуючи арифметику нової системи числення з основою q, потрібно записати коефіцієнти розкладу, основи степенів і показники степенів у системі з основою q і виконати всі дії в цій самій системі. Очевидно, що це правило зручне при переведенні до десяткової системи числення.

Наприклад:

з шістнадцяткової в десяткову:

92C816=9*10163+2*10162+C*10161+8*10160= 9*16103+2*16102+12*16101+8*16100=37576

з вісімкової в десяткову:

7358=7*1082+3*1081+5*1080= 7*8102+3*8101+5*8100=47710

з двійкової в десяткову:

1101001012=1*1028+1*1027+ 0*1026+1*1025+0*1024+0*1023+ 1*1022+0*1021+1*1020= 1*2108+1*2107+0*2106+1*2105+ 0*2104+0*2103+1*2102+0*2101+ 1*2100=42110

Пит. 25Оперативна пам’ять RAM (Random Access Memory).

Пам’ять RAM — це масив кристалічних комірок, що здатні зберігати дані. Вона використовується для оперативного обміну інформацією (командами та даними) між процесором, зовнішньою пам’яттю та периферійними системами. З неї процесор бере програми та дані для обробки, до неї записуються отримані результати. Назва «оперативна» походить від того, що вона працює дуже швидко і процесору не потрібно чекати при зчитуванні даних з пам’яті або запису. Однак, дані зберігаються лише тимчасово при включеному комп’ютері, інакше вони зникають.

За фізичним принципом дії розрізняють динамічну пам’ять DRAM і статичну пам’ять SRAM. Комірки динамічної пам’яті можна представити у вигляді мікроконденсаторів, здатних накопичувати електричний заряд. Недоліки пам’яті DRAM: повільніше відбувається запис і читання даних, потребує постійної підзарядки. Переваги: простота реалізації і низька вартість. Комірки статичної пам’яті можна представити як електронні мікроелементи — тригери, що складаються з транзисторів. У тригері зберігається не заряд, а стан (включений/виключений). Переваги пам’яті SRAM: значно більша швидкодія. Недоліки: технологічно складніший процес виготовлення, і відповідно, більша вартість. Мікросхеми динамічної пам’яті використовуються як основна оперативна пам’ять, а мікросхеми статичної — для кеш-пам’яті.

Кожна комірка пам’яті має свою адресу, яка виражається числом. В сучасних ПК на базі процесорів Intel Pentuim використовується 32-розрядна адресація. Це означає, що всього незалежних адрес є 232, тобто можливий адресний простір складає 4,3 Гбайт. Однак, це ще не означає, що саме стільки оперативної пам’яті має бути в системі. Граничний розмір обсягу пам’яті визначається чіпсетом материнської плати і зазвичай складає декілька сот мегабайт.

Оперативна пам’ять у комп’ютері розміщена на стандартних панельках, що звуться модулями. Модулі оперативної пам’яті вставляють у відповідні роз’єми на материнській платі. Конструктивно модулі пам’яті мають два виконання — однорядні (SIMM — модулі) та дворядні (DIMM — модулі). На комп’ютерах з процесорами Pentium однорядні модулі можна застосовувати лише парами (кількість роз’ємів для їх встановлення на материнській платі завжди парне). DIMM — модулі можна встановлювати по одному. Комбінувати на одній платі різні модулі не можна. Основними характеристиками модулів оперативної пам’яті є:об’єм пам’яті та час доступу. SIMM- модулі є об’ємом 4, 8, 16, 32 мегабайти; DIMM — модулі — 16, 32, 64, 128, 256 Мбайт. Час доступу показує, скільки часу необхідно для звертання до комірок пам’яті, чим менше, тим краще. Вимірюється у наносекундах. SIMM — модулі — 50-70 нс, DIMM — модулі — 7-10 нс.



Архітектура комп’ютера. — Студопедия

 Архітектурою комп’ютера називається його опис на деякому загальному рівні, що включає опис для користувача можливостей програмування, системи команд, системи адресації, організації пам’яті і т.д. Архітектура визначає принципи дії, інформаційні зв’язки та взаємне з’єднання основних логічних вузлів комп’ютера: процесора, оперативного ЗУ, зовнішніх ЗУ і периферійних пристроїв. Спільність архітектури різних комп’ютерів забезпечує їх сумісність з точки зору користувача.
32. Структура комп’ютера

Структура комп’ютера — це сукупність його функціональних елементів і зв’язків між ними. Елементами можуть бути самі різні пристрої — від основних логічних вузлів комп’ютера до найпростіших схем. Структура комп’ютера графічно представляється у вигляді структурних схем, за допомогою яких можна дати опис комп’ютера на будь-якому рівні деталізації.
33. Класична архітектура комп’ютера

 Класична архітектура (архітектура фон Неймана) — одне арифметико-логічний пристрій (АЛП), через яке проходить потік даних, і один пристрій управління (ПУ), через яке проходить потік команд — програма. Це однопроцесорний комп’ютер. До цього типу архітектури належить і архітектура персонального комп’ютера із загальною шиною. Усі функціональні блоки тут пов’язані між собою загальною шиною, званої також системною магістраллю. Фізично магістраль представляє собою багатопровідні лінію з гніздами для підключення електронних схем. Сукупність проводів магістралі поділяється на окремі групи: шину адреси, шину даних і шину управління.
34. Багатопроцесорна архітектура комп’ютера

 Тут кілька процесорів, що входять в обчислювальну систему, не мають спільної оперативної пам’яті, а мають кожен свою (локальну). Кожен комп’ютер в багатомашинної системі має класичну архітектуру, і така система застосовується досить широко. Однак ефект від застосування такої обчислювальної системи може бути отриманий тільки при вирішенні завдань, що мають дуже спеціальну структуру: вона повинна розбиватися на стільки слабко пов’язаних підзадач, скільки комп’ютерів в системі. Перевага у швидкодії багатопроцесорних і багатомашинних обчислювальних систем перед однопроцесорними очевидно.
35. Що таке аудіо адаптер?

Аудіоадаптер (англ. 8оипсІ Віазіег) або звукова плата — спеціальна електронна плата, що дозволяє записувати звук, відтворювати його і створювати програмні засоби за допомогою навушників, мікрофону, динаміків, вбудованого синтезатора чи іншого обладнання.

Він містить два перетворювача інформації:

— аналогово-цифровий, що перетворює безперервні звукові сигнали в цифровий двійковий код і записує його на магнітний носій; .

цифро-аналоговий, що виконує зворотнє перетворення цифрового звуку в аналоговий сигнал за допомогою акустичної системи тощо.

36. Що таке відео адаптер і графічний акселератор?

Відеоадаптер — спеціальна електронна плата, що обробляє відео дані (текст і графіку) і керує роботою дисплею. Містить відеопам’ять, регістри введення/виведення і модуль ВЮ8. Посилає в дисплей сигнали управління яскравістю променів і сигнали розгортки зображення.

Найрозповсюдженіший — адаптер 8УСА — супервідеографічний масив, що може відображати на екрані 1280-1024 пікселів при 256 кольорах і 1024-768 пікселів при 16 млн кольорів.

Нині поряд з традиційними використовуються різні пристрої комп ’ютерної обробки відеосигналів:

графічні акселератори (прискорювачі) — спеціалізовані графічні співпроцесори, що збільшують ефективність відео системи. Вони самостійно обчислюють, які пік селі відображати на екрані і з якими кольорами.

37. Що таке клавіатура?

Клавіатура — пристрій для введення інформації і подання керуючих сигналів. Містить стандартний набір клавіш друкарської машинки, управляючі і функціональні клавіші, клавіші управління курсором і малу цифрову клавіатуру.

Найрозповсюдженіша клавіатура з розкладкою QWERTY.

Клавіатура містить вбудований мікроконтролер, що виконує наступні функції:

послідовно опитує клавіші, зчитуючи введений сигнал і виробляючи двійковий скан- код клавіші;

управляє світловими індикаторами;

— робить внутрішню діагностику;

здійснює взаємодію з центральним процесором через порт введення-виведення.

4Г

Клавіатура має вбудований буфер — проміжну пам’ять малого обсягу, куди розташовуються введені символи.

38.Що таке відеосистема комп’ютера?

Відео система комп’ютера складається з трьох компонент:

— монітор; відео адаптера

— програмне забезпечення (драйвери)

Відеоадаптер посилає в монітор сигнали управління яскравістю променів і сінхросигнали рядкової і кадрової розгорток. Монітор перетворює ці сигнали в зорові образи. А програмні засоби обробляють відео зображення — виконують кодування і декодування сигналів, координатні перетворення, стиснення зображень тощо.

Монітор — пристрій візуального відображення інформації (у вигляді текстової і графічно інформації).

Більшість моніторів сконструйовані на базі електронно-променевої трубки і принцип їх роботи аналогічний принципу роботи телевізора.

39. Монітор на базі електронно-променевої трубки

Головний елемент — ЕПТ, передня частина якої з внутрішнього боку вкрита люмінофором — спеціальною речовиною, що може випромінювати світло при потраплянні на нього швидких електронів.

Люмінофор наноситься у вигляді наборів точок трьох кольорів — червоного, зеленого і синього. Ці кольори є основними. Набори точок розташовуються по трикутним тріадам. Тріада утворює піксел — точку, з якої формується зображення.

Відстань між центрами пікселів називається точковим кроком монітору. Ця відстань істотно впливає на чіткість зображення — чим менше, тим краще. Звичайно цей крок 0,24 мм. В такому разі око людини сприймає точки тріади як єдину точку складного кольору.

На протилежній стороні трубки розташовані три електронні пушки. Всі вони “націлені” на один піксел, але кожна випромінює потік електронів в сторону “своєї” точки люмінофору. В трубці вакуум, а між пушками і екраном — висока напруга, щоб електрони швидше досягали мети. Перед екраном на шляху електронів ставиться маска — тонка металева пластина з великою кількістю отворів, розташованих навпроти точок люмінофору. Маска забезпечує потрапляння електронних променів лише в свої точки.

Кількість відображених рядків в секунду називається рядковою частотою розгортки. А частота, з якою змінюються кадри зображення — кадровою частотою розгортки. Остання не повинна бути нижче 85 Гц.

40. Рідкокристалічні монітори

Рідкі кристали — це особливий стан деяких органічних речовин, в якому вони текучі і можуть утворювати спеціальні структури, схожі на кристалічні. Рідкі кристали можуть змінювати свою структуру і світлооптичні властивості під дією електричної напруги. Змінюючи за допомогою електричного поля орієнтацію груп кристалів і використовуючи введені в рідкокристалічний розчин речовини, що можуть випромінювати світло під дією електричного поля, можна створювати високоякісні зображення, що передають більше 15 мільйонів кольорових відтінків.

41. Що таке принтер, плоттер, сканер?

Принтер — друкуючий пристрій, що забезпечує вивід із комп’ютера закодованої інформації.

Головних видів принтерів три: струменеві, лазерні, матричні.

Плоттер (графопобудовувач) — пристрій, який креслить графіки, малюнки чи діаграми під управлінням комп’ютера.

Використовуються для отримання складних конструкторських креслень, архітектурних планів, географічних і метеорологічних мап, ділових схем. Плоттери малюють за допомогою пера.

Роликові плоттери прокручують папір під пером, а планшетні — переміщують перо через всю поверхню горизонтально розташованого паперу.

Сканер — пристрій для введення в комп’ютер графічних зображень. Створює оцифроване зображення документа і розташовує його в пам’яті комп’ютера.

Ручні сканери прокатують по поверхні документа рукою, планшетні сканери нагадують копіювальні машини. Для перетворення від сканованого зображення в текст, використовують програми оптичного розпізнавання образів.

42. Лазерні принтери

Працюють так, як ксерокси. Комп’ютер формує в пам’яті образ сторінки тексту і передає його принтеру. Інформація про сторінку проецюється за допомогою лазерного променя на барабан, що обертається, зі світлочутливим покриттям, яке змінює електричні властивості в залежності від освітленості.

Після засвічування на барабан, що знаходиться під напругою, наноситься фарбуючий порошок — тонер, частинки якого налипають на засвічені ділянки поверхні барабана. Принтер за допомогою спеціального гарячого валика протягує папір під барабаном, тонер переноситься на папір і вплавляється в нього, залишаючи стійке високоякісне зображення. Недолік — дорогі.

Струменеві принтери

Генерують символи у вигляді послідовності чорнильних крапок. Друкуюча голівка принтера має крихітні сопла, через які на сторінку вприскуються чорнила, що швидко висихають. Ці принтери дуже вимогливі до якості паперу. Кольорові струменеві принтери створюють кольори, комбінуючи чорнила чотирьох основних кольорів — яскраво-блакитного, пурпурного, жовтого та чорного.

43.Що таке модем і факс-модем?

Модем — пристрій для передачі комп’ютерних даних на великі відстані по телефонним лініям

зв’язку.

Цифрові сигнали від комп’ютера не можна просто передавати по телефонній мережі. Модем забезпечує перетворення цифрових сигналів комп ‘ютера в змінний струм частоти

Для здійснення зв’язку один модем викликає іншого по телефону, а той відповідає. Потім модеми посилають один одному сигнали, обумовлюючи режим зв’язку (дуплексний, напівдуплексний). Після цього модем, який передає, починає посилати модульовані дані з обумовленими швидкістю і форматом. Модем на іншому кінці перетворює отриману інформацію в цифровий вигляд і передає її своєму комп’ютеру. Закінчив, модем відключається.

Факс — це пристрій факсимильної передачі зображення по телефонній мережі. Назва “факс” — від “факсимиле”, що означає точне виконання графічного оригіналу (підпису, документа) засобами друку. Модем, що може передавати і отримувати дані як факс, називається факс-модемом.

44.Маніпулятори

Маніпулятори — це спеціальні пристрої, що використовуються для управління курсором.

Миша — маніпулятор, рух якого перетворюється у відповідні переміщення курсору по екрану дисплея. Є кулькова, оптична, радіо миші.

Джойстик — стрижень-ручка, відхилення якої від вертикального розташування призводить до переміщення курсору. В деякі моделі вмонтований датчик тиску — чим сильніше натискати на ручку, тим швидше рухається курсор.

Трекбол — невеличка коробка з кулькою, вбудованою у верхню частину корпусу. Користувач рукою повертає кульку і, відповідно, курсор. Використовується в ноутбуках.

Дігітайзер — пристрій для перетворення готових зображень (креслень, мап) в цифрову форму. Це пласка панель — планшет, що розташовується на столі і спеціальний інструмент — перо, за допомогою якого вказується позиція на планшеті. При переміщенні пера фіксуються його координати в близько розташованих точках, які потім перетворюються у відповідні одиниці вимірювання.

45.Як у строєний комп ’ютер ?

Персональні комп’ютери зазвичай проектуються на основі принципу відкритої архітектури.

Принцип відкритої архітектури:

Регламентуються і стандартизуються лише опис принципу дії комп’ютера і його конфігурація (певна сукупність апаратних засобів і з’єднань між ними). Таким чином, комп’ютер можна збирати із окремих вузлів і деталей, розроблених і виготовлених незалежними фірмами-виробниками.

Комп’ютер легко розширюється і модернізується за рахунок наявності внутрішніх гнізд для розширення, в які користувач може вставляти різноманітні пристрої, що задовольняють заданому стандарту, і тим самим встановлювати конфігурацію своєї машини у відповідності з особистими уподобаннями.

46.Спрощена блок-схема функціональних компонентів комп’ютерної системи:

47.Функціональна схема комп’ютера — це певна абстрактна модель, що описує сервісні можливості обчислювальної машини, які задовольняють вимоги користувача для вирішення його завдань (засоби і способи представлення даних, засоби введення даних, засоби розробки програм, керування процесом обробки даних, фіксування результатів обробки даних). Функціональна схема ПК має вигляд:

48. Поняття інтерфейсу

Для того, щоб з’єднати між собою різні пристрої комп’ютера, вони повинні мати однаковий інтерфейс — засіб спряження двох пристроїв, в якомі всі фізичні і логічні параметри согласуються між собою.

Якщо інтерфейс є загальноприйнятим, то він називається стандартним.

Для узгодження інтерфейсів периферійні пристрої підключаються до шини не напряму, а через свої контролери (адаптери) і порти.

Контролери і адаптери являють собою набори електронних ланцюгів, якими укомплектовуються пристрої комп’ютера з метою сумісності їх інтерфейсів. Контролери, крім того, здійснюють безпосереднє управління периферійними пристроями по запитам мікропроцесора.

49.(52) Порти пристроїв являють собою певні електронні схеми, що містять один або декілька регістрів введення/виведення і дозволяють підключати периферійні пристрої комп’ютера до зовнішніх шин мікропроцесора.

Портами також називають пристрої стандартного інтерфейса:            послідовний,

паралельний і ігровий порти (чи інтерфейси).

Послідовний порт обмінюється даними з процесором побайтно, а з зовнішніми пристроями — побітно.

Паралельний порт отримує і пересилає дані побайтно.

До послідовного порту зазвичай під’єднують повільно працюючі чи достатньо віддалені пристрої, такі як миша і модем.

До паралельного порту під’єднують більш “швидкі” пристрої — принтер і сканер.

Через ігровий порт під’єднується джойстік.

Клавіатура і монітор під’єднуються до своїх спеціалізованих портів, які являють собою просто роз’єми.

Головні електронні компоненти, що визначають архітектуру процесора, розташовуються на основній платі комп’ютера, яка називається системною чи материнською (МоїНегВоагсІ). А контролери і адаптери додаткових пристроїв, чи самі ці пристрої, виконуються у вигляді плат розширення (Оаи^ЬіегВоапЗ) і підключаються до шини за допомогою роз ’ємів розширення, що також називаються слотами розширення.

50. Основні блоки та характеристики комп’ютера.

Сучасний персональний комп’ютер складається з декількох головних конструктивних компонент:

монітора;

клавіатури;

маніпуляторів.

В системному блоці розташовуються:

блок живлення — перетворює змінну напругу електромережі в постійну напругу різної полярності і величини, необхідну для живлення системної плати і внутрішніх пристроїв; містить вентилятор, що створює циркулюючі потоки повітря для охолодження системного блоку;

накопичувані на жорстких та гнучких магнітних дисках; системна плата;

— плати розширення;

накопичувачі на оптичних і лазерних дисках;

— тощо.

Корпус системного блоку може мати горизонтальне чи вертикальне  компонування.

51. Основними характеристиками ПК є:

— тип, модель процесора і його харктеристики; обсяг оперативної пам’яті;

наявність і обсяг КЕШ-пам’яті; тип системної шини і її пропускна здатність; тип і ємність вінчестера; тип відеоконтролера й обсяг відеопам’яті; тип монітора і його характеристики; наявність мультимедіа-компонентів; потужність енергоспоживання; габаритні розміри.

53.Системна плата

Системна плата є головною в системному блоці. Вона містить компоненти, які

визначають архітектуру комп’ютера: центральний процесор; постійну, оперативну, кеш-пам’ять; інтерфейсні схеми шин; гнізда розширення;

обов’язкові системні засоби введення-виведення.

Системні плати виконуються на основі наборів мікросхем, що називаються чіпсетами. Часто на системних платах встановлюють контролери дискових накопичувачів, відео адаптер, контролери портів тощо. В гнізда розширення системної плати встановлюються плати таких периферійних пристроїв як модем, мережна карта, відео плата тощо.

Архітектура комп’ютера. Технічні характеристики складових комп’ютера

Прочитано:
2 451

Розробка плану конспекту уроку на тему ” Архітектура комп’ютера. Технічні характеристики складових комп’ютера”.
Урок спрямований формування понять архітектури комп’ютера, пам’яті, мультимедійного обладнання.

• Автор: Колесник Валерій Володимирович
• Заклад:Харківській ліцей № 161 “Імпульс “
• Тема: Архітектура комп’ютера. Технічні характеристики складових комп’ютера
• Спрямування: 8 клас

Хід уроку

I . Організаційний етап

Вітання з класом. Перевірка присутності і готовності учнів до уроку.

II. Мотивація навчальної діяльності.

У 5 класі ми почали знайомитись з складовими комп’ютера. У 8 класі, коли ви стали дорослішими, ми з вами більш глибоко вивчимо архітектуру комп’ютера, тобто його складові, та познайомимось з їхніми властивостями.

III. Узагальнення і систематизація знань про комп’ютер та його складові

Робота в парах. Взаємоопитування.

Орієнтовний перелік питань

Для чого призначені наведені нижче пристрої ?

– монітор

– принтер

– колонки

– сканер

– «миша»

– вінчестер

– клавіатура

 Учні самостійно записують в зошитах відповіді на поставлені питання і потім звіряють свої відповіді.

І. Повідомлення теми, мети, завдань уроку.

ІІ. Сприймання і усвідомлення учнями нового матеріалу.

Пояснення вчителя з елементами демонстрування (використовуються можливості локальної мережі класу або проектор).

1. Архітектура комп’ютера. Процесор, його призначення

Архітектурою ПК називають його опис на деякому загальному рівні, що включає опис системи команд, системи адресацiї, органiзацiї пам’ятi. Архітектура визначає принципи дiї, iнформацiйнi зв’язки i взаємодiю головних пристроїв ПК: процесора, внутрiшньої, зовнiшньої пам’ятi та периферiйних пристроїв.

Структура персонального комп’ютера — це сукупність його функціональних елементів i зв’язкiв між ними. Класична архiтектура (фон Нейман) — пристрій керування, арифметично-логічний пристрій, пам’ять, пристрої вводу-виводу iнформацiї, об’єднанi за допомогою каналiв зв’язку .

Процесор — найголовніший елемент комп’ютера, призначений для виконання арифметичних і логічних операцій та для керування іншими пристроями комп’ютера.

2. Пам’ять комп’ютера. Зовнішні та внутрішні запам’ятовуючі пристрої.

Як ви вже знаєте, пам’ять комп’ютера побудована з двійкових запам’ятовуючих елементів — бітів, об’єднаних в групи по 8 бітів, які називаються байтами.

Розрізняють два основні види пам’яті – внутрішню і зовнішню. До складу внутрішньої пам’яті входить оперативна пам’ять, кеш-пам’ять і постійна пам’ять.

Зовнішня пам’ять (ВЗП) призначена для тривалого зберігання програм і даних, і цілісність її вмісту не залежить від того, включений або вимкнений комп’ютер.

До складу зовнішньої пам’яті комп’ютера входять: накопичувачі на жорстких магнітних дисках; накопичувачі на гнучких магнітних дисках; накопичувачі на компакт-дисках; накопичувачі на магнітооптичних компакт-дисках; накопичувачі на магнітній стрічці (стримери), флеш .

3. Пристрої введення та виведення даних.

• Пристрої введення iнформацiї

Клавiатура — пристрiй, призначений для введення в комп’ютер iнформацiї вiд користувача.

Манiпулятори («мишка», джойстик) — призначенi для керуван­ня ПК.

Сканер   —  призначений   для   введення   графiчної   iнформацiї («оцифрування» зображень).

Мiкрофон — призначений для введення звукової iнформацiї.

Модем — (модулятор-демодулятор) — пристрiй, що дозволяє комп’ютеру виходити на зв’язок з iншим комп’ютером за допомогою телефонних лiнiй або iнших каналiв зв’язку. Модеми подiляються на внутрiшнi й зовнiшнi.

Сенсорнi екрани (розрiзняють оптичнi, ємнiснi, резистивнi).

• Пристрої виведення iнформацiї

Монiтор — (дисплей) — пристрiй, призначений для виведення на екран текстової й графiчної iнформацiї.

Принтер — призначений для виводу iнформацiї на папiр, плiв­ку, iншi носiї.

Плотер — призначений для виведення технiчних зображень на папiр (формат А2, А1).

Звуковi системи (потужнiсть (Вт), дiапазон вiдтворюваної звуко­вої частоти).

Мультимедiйнi проектори — призначенi для паралельного вiд­творення зображення на виносному екранi, iнтерактивнiй дошці.

4. Пристрої, що входять до складу мультимедійного обладнання. Технічні характеристики складових комп’ютера

Мультимедійними пристроями є: мікрофон, цифрова відеокамера, цифровий фотоапарат, веб-камера, проектор, інтерактивна дошка тощо.

До найважливіших технічних характеристик самого персонального комп’ютера відносяться:

1. розрядність – найважливіша характеристика комп’ютера, вимірюється в бітах; вона показує скільки двійкових розрядів (бітів) інформації обробляється (чи передається) за такт роботи мікропроцесора, і навіть – скільки двійкових розрядів можна використовувати для адресації оперативної пам’яті; комп’ютери можуть бути відповідно 8-ми 16-, 32- і 64-розрядними,
2. тактова частота – скільки елементарних операцій (тактів) виконує мікропроцесор до однієї секунду;
3. ємність оперативної пам’яті, вимірюється в Мбайтах і приходить у вигляді модулів, мають 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 і більше Мбайт .
4. ємність зовнішньої дискової пам’яті, вимірюється в Мбайтах, Гбайтах і Тбайтах;
5. тип дисплея і відео карти, які забезпечують висновок графічної інформацією режимах: – VGA – 650 X 480 пікселів,    SVGA – 800 X 600, 1024 X 768, 1240 X 1024 і більше пікселів;

6. кількість кольорів – монохромні (чорно-білі) і кольорові, щоб забезпечити 16, 256, 16 млн. і більше кольорів.
7. Підбір комп’ютера під потребу.

Підбір комп’ютера є дуже важливим етапом перед його покупкою. Залежно від цілей покупки комп’ютера, потрібно збирати його різну конфігурацію. Це дозволить забезпечити вам найбільш комфортну роботу, при цьому термін роботи комп’ютера значно збільшиться.

Офісні комп’ютери

При виборі ПК для офісів необхідно передбачити наявність зовнішніх пристроїв (сканери, принтери і т.д.), тому підібрати відповідні материнські плати. Серед материнських плат віддається перевагу моделям з інтегрованою звуковою та відео картою. Вибір процесора, оперативної пам’яті і жорсткого диска зупинений на моделях з середніми параметрами. Це  бюджетний варіант.

Домашні комп’ютери

Комп’ютери цього плану використовуються для роботи і розваг одночасно.  Це може бути як універсальний мультимедійний центр, який призначений для установки і запуску всіляких програм і сучасних ігор, а також для перегляду фільмів. Материнську плату можна підбирати без вбудованої відеокарти і з урахуванням можливої заміни деяких комплектуючих комп’ютера надалі. Процесор і оперативну пам’ять підбирають під ту «материнку», щоб їх продуктивності було достатньо на довгі роки. Також рекомендовано встановлювати жорсткий диск великого об’єму для можливості зберігання на ньому фільмів, музики та інших даних.

Комп’ютери високої продуктивності

Такі комп’ютери призначені для запуску найсучасніших ігор на максимальному дозволі, а також програм для роботи з відео. При складанні такого комп’ютера підбирають самі передові комплектуючі. Необхідно, щоб материнська плата підтримувала всі новітні технології і володіла максимальною частотою шини, так як це впливає на швидкість взаємодії компонентів системи. Відеокарта – це основний елемент у такому комп’ютері, від неї залежить продуктивність системи при запуску сучасних ігор, тому необхідно встановлювати топові моделі. Процесор і оперативна пам’ять теж повинні мати високі характеристики, які відповідають вимогам сучасних ігор. Для зберігання інформації, як правило, використовують RAID-масив з двох жорстких дисків, який дає максимальну продуктивність при роботі з інформацією.

Ознайомлення з пошуком прайсів відомих комп’ютерних фірм (на вибір вчителя).

4. Осмислення, узагальнення і систематизація набутих знань.

 Практична робота №2. Конфігурація комп’ютера  під потребу. Інструктаж з БЖД.

Виконання комплексу вправ для зняття зорової втоми.

Учитель, враховуючи  індивідуальні особливості учнів  класу, самостійно визначає час і термін проведення комплексу вправ під час роботи (як правило, через 8-10 хвилин після початку роботи).

Завдання для практичної роботи.

Використавши дані про рекомендовані системні вимоги конкретних програм, підібрати конфігурацію ПК (за варіантами):

• для опрацювання відео (вказати назви програм) з бюджетом $350;
• для опрацювання офісної документації з мінімальним бюджетом;
• для трансляції шкільного радіо (особливу увагу звернути на мережні параметри та роботу зі звуком) вартістю до $200-250;
• бюджетний сервер:
  • з використанням серверних комплектуючих – до $500;
  • з використанням користувацьких (десктопних) комплектуючих – до $ 350;
• типовий ігровий комп’ютер, що не потребуватиме заміни щонайменше 5 років до $ 300.

1. Узагальнення і систематизація набутих знань.

Розв’яжіть кросворд.

 Зовнішній пристрій для виведення зображення на екран.

По горизонталі:

1. Комірка, з яких складається внутрішня пам’ять процесора.
2. Перетворення інформації шляхом заміни одного набору символі на інший.
3. Пристрій введення інформації із сімейства “гризунів”.
4. Одна з властивостей процесора, що визначає обсяг інформації, яку він обробляє за один такт.
5. Одиниця виміру кількості інформації.
6. Пристрій, що перетворює цифрові двійкові сигнали у аналогову форму та навпаки для передачі по лініях зв’язку.
7. Електронна схема для керування зовнішнім пристроєм.
8. Сленгова назва жорсткого диска.

По вертикалі:

10. Пристрій для виведення інформації на папір.
11. Електронний пристрій, що здійснює обробку інформації, представленої у вигляді електричних двійкових сигналів.
12. Пристрій для введення плоских графічних зображень.
13. Пристрій введення, що забезпечує природний спосіб спілкування користувача з комп’ютером.
14. Пристрій для введення текстів.
15. Сукупність провідників, що поєднують між собою основні блоки комп’ютера.
16. Система основних функціональних засобів ЕОМ, принципів переробки інформації в ЕОМ.
17. Пристрій введення інформації, що застосовується в комп’ютерних іграх.
18. “Миша, що лежить на спині”.
19. Ім’я вченого, що сформулював основні принципи роботи ЕОМ.

Відповіді по горизонталі: 1. Монітор. 2. Регістр. 3. Кодування. 4. Миша. 5. Розрядність. 9 Вінчестер. 6. Байт. 8. Контролер. 7. Модем.

Відповіді по вертикалі: 10. Принтер. 11. Процесор. 12. Сканер. 13. Маніпулятор. 14. Клавіатура. 15. Магістраль. 16. Архітектура. 17. Джойстик. 18. Трекбол. 19. Бебідж.

5. Підсумок уроку.

— Що нового ви дізналися на уроці?

— Що найбільше запам’яталось на уроці?

Протягом уроку розглянуто сучасний асортимент комп’ютерних комплектуючих, обгрунтовано вибір конкретних комплектуючих під потребу. Учні навчились використовувати мережу Інтернет для пошуку необхідних для підбору конфігурації даних та пояснювати свій вибір.

6. Оцінювання роботи учнів на уроці.

1. Домашнє завдання:
2. Опрацювати відповідний параграф підручника. Вивчити конспект уроку.
3. Додаткове завдання.

Підготувати  повідомлення або презентацію про мультимедійні пристрої.     

Переглянути та завантажити (Як завантажити) можна за посиланням: 

Авторськими правами на розміщений матеріал володіє автор, що підтверджено сертифікатом про публікацію №18-866 від 04.04.2018року. Відповідальність за достовірність та якість викладеного матеріалу також несе автор матеріалу.

05 — Архітектура персонального комп’ютераТема 3

Ключові терміни:

адаптер, арифметико-логічний пристрій, архітектура з паралельними процесорами, архітектура комп’ютера, багатомашинна обчислювальна система, багатопроцесорна архітектура, класична архітектура, контролер, лічильник команд, машина фон Неймана, метод трансляції, персональний комп’ютер, порт, принцип відкритої архітектури, пристрій управління, регістр команд, системна магістраль, структура комп’ютера, інтерфейс

3.1 Принципи побудови комп’ютера. Архитектура Фон Неймана

В основу побудови переважної більшості комп’ютерів покладені такі загальні принципи, що були сформульовані у 1945 році. Д. фон Нейман, Г. Голдстайн і А. Беркс в своїй спільній статті виклали нові принципи побудови і функціонування ЕОМ. На основі цих принципів відбувалось виробництво перших двох поколінь комп’ютерів. У пізніших поколіннях відбувалися деякі зміни, хоча принципи Неймана актуальні і сьогодні.

По суті, Нейману вдалося узагальнити наукові розробки і відкриття багатьох інших учених і сформулювати на їх основі принципово нове:

 Використання двійкової системи числення в обчислювальних машинах. Перевага перед десятковою системою числення полягає в тому, що пристрої можна робити досить простими, арифметичні і логічні операції в двійковій системі числення також виконуються досить просто.

Програмне управління ЕОМ. Робота ЕОМ контролюється програмою, що складається з набору команд. Команди виконуються послідовно одна за одною. Створенням машини з програмою, що зберігається в пам’яті, дало початок тому, що ми сьогодні називаємо програмуванням.

Вибірка програми з пам’яті здійснюється за допомогою лічильника команд — регістр процесора, який послідовно збільшує адресу чергової команди, що зберігається в нім, на довжину команди. А оскільки команди програми розташовані в пам’яті одна за одною, то тим самим організовується вибірка ланцюжка команд з послідовно розташованих елементів пам’яті.

Якщо ж потрібно після виконання команди перейти не до наступної, а до якоїсь інший, використовуються команди умовного або безумовного переходів, які заносять в лічильник команд номер елементу пам’яті, що містить наступну команду. Вибірка команд з пам’яті припиняється після досягнення і виконання команди “стоп”. Таким чином, процесор виконує програму автоматично, без втручання людини.

Пам’ять комп’ютера використовується не лише для зберігання даних, але і програм. При цьому і команди програми і дані кодуються в двійковій системі числення, тобто їх спосіб запису однаковий. Тому в певних ситуаціях над командами можна виконувати ті ж дії, що і над даними.

Це відкриває цілий ряд можливостей. Наприклад, програма в процесі свого виконання також може піддаватися переробці, що дозволяє задавати в самій програмі правила здобуття деяких її частин (так в програмі організовується виконання циклів і підпрограм). Більш того, команди однієї програми можуть бути отримані як результати виконання іншої програми.

На цьому принципі засновані методи трансляції — перекладу тексту програми з мови програмування високого рівня на мову конкретної машини.

Принцип адресності: елементи пам’яті ЕОМ мають адреси, які послідовно пронумеровані. У будь-який момент можна звернутися до будь-якого елементу пам’яті за її адресою. Цей принцип відкрив можливість використовувати змінні в програмуванні.

Можливість умовного переходу в процесі виконання програми. Не дивлячись на те, що команди виконуються послідовно, в програмах можна реалізувати можливість переходу до будь-якої ділянки коди.

Комп’ютери, побудовані на цих принципах, відносяться до типа фон-нейманівськи. Але існують комп’ютери, що принципово відрізняються від останніх. Для них, наприклад, може не виконуватися принцип програмного управління, тобто вони можуть працювати без “лічильника команд”, який вказує поточну виконувану команду програми. Для звернення до якої-небудь змінної, що зберігається в пам’яті, цим комп’ютерам не обов’язково давати їй ім’я. Такі комп’ютери називаються не-фон-нейманівськими.

Найголовнішим наслідком цих принципів можна назвати те, що тепер програма вже не була постійною частиною машини (як наприклад, в калькуляторі). Програму стало можливо легко змінити. А ось апаратура, звичайно ж, залишається незмінною, і дуже простою.

3.2 Принцип роботи машини фон неймана

Машина фон Неймана складається з пристрою (пам’яті), що запам’ятовує, — ЗП, арифметико-логічного пристрою — АЛП, пристрою управління – ПУ, а також пристроїв введення і виводу (рис. 3.1).

Програми і дані вводяться в пам’ять з пристрою введення через арифметико-логічний пристрій. Всі команди програми записуються в сусідні елементи пам’яті, а дані для обробки можуть міститися в довільних комірках. В будь-якій програмі остання команда має бути командою завершення роботи.

Рисунок 3.1 – Схема машини фон Неймана

Команда складається зі вказівки, яку операцію слід виконати (з можливих операцій на даному «залізі») і адрес елементів пам’яті, де зберігаються дані, над якими слід виконати вказану операцію, а також адреси комірок, куди слід записати результат (якщо його потрібно зберегти в ЗП).

Арифметико-логічний пристрій — пристрій, який виконує вказані командами операції над вказаними даними.

З арифметико-логічного пристрою результати виводяться в пам’ять або пристрій виводу. Принципова відмінність між ЗП і пристроєм виводу полягає в тому, що в ЗП дані зберігаються у вигляді, зручному для обробки комп’ютером, а на пристрої виводу (принтер, монітор і ін.) поступають так, як зручно людині.

Пристрій управління (ПУ) керує всіма частинами комп’ютера. Від пристрою, що управляє, на інші пристрої поступають сигнали «що робити», а від інших пристроїв ПУ отримує інформацію про їх стан. ПУ містить спеціальний регістр (комірку), який називається «Лічильник команд». Після завантаження програми і даних в пам’ять до лічильника команд записується адреса першої команди програми. ПУ прочитує з пам’яті вміст елементу пам’яті, адреса якої знаходиться в лічильнику команд, і поміщає його в спеціальний пристрій – «Регістр команд». ПУ визначає операцію команди, «відзначає» в пам’яті дані, адреси яких вказані в команді, і контролює виконання команди. Операцію виконує АЛП або апаратні засоби комп’ютера.

В результаті виконання будь-якої команди лічильник команд змінюється на одиницю і, отже, вказує на наступну команду програми. Коли потрібно виконати команду, не наступну по порядку за поточною, а віддалену від даної на якусь кількість адрес, то спеціальна команда переходу містить адресу комірки, куди потрібно передати управління.

3.3 Архітектура і структура ПК

При розгляді комп’ютерних приладів прийнято розрізняти їх архітектуру і структуру.

Архітектурою комп’ютера називається його опис на деякому загальному рівні, що включає опис призначених для користувача можливостей програмування, системи команд, системи адресації, організації пам’яті і так далі Архітектура визначає принципи дії, інформаційні зв’язки і взаємне з’єднання основних логічних вузлів комп’ютера: процесора, оперативного ЗП, зовнішніх ЗП і периферійних пристроїв. Спільність архітектури різних комп’ютерів забезпечує їх сумісність з точки зору користувача.

Структура комп’ютера – це сукупність його функціональних елементів і зв’язків між ними. Елементами можуть бути самі різні пристрої — від основних логічних вузлів комп’ютера до простих схем. Структура комп’ютера графічно представляється у вигляді структурних схем, за допомогою яких можна дати опис комп’ютера на будь-якому рівні деталізації.

Найбільш поширеними є такі архітектурні рішення (рис. 3.2):

Рисунок 3.2 – Існуючи типи архитектур комп’ютерів

Класична архітектура (архітектура фон Неймана) – один арифметико-логічний пристрій (АЛП), через який проходить потік даних, і один пристрій управління (ПУ), через яке проходить потік команд – програма. Це однопроцесорний комп’ютер.

До цього типа архітектури відноситься і архітектура персонального комп’ютера з загальною шиною. Всі функціональні блоки тут зв’язані між собою загальною шиною, яка називається системною магістраллю.

Фізично системна магістраль є багатопровідною лінією з гніздами для підключення електронних схем. Сукупність дротів магістралі розділяється на окремі групи: шину адреси, шину даних і шину управління.

Периферійні пристрої (принтер і ін.) підключаються до апаратури комп’ютера через спеціальні контролери – пристрої управління периферійними пристроями.

Контролер – пристрій, який пов’язує периферійне устаткування або канали зв’язку з центральним процесором, звільняючи процесор від безпосереднього управління функціонуванням даного устаткування.

Багатопроцесорна архітектура. Наявність в комп’ютері декількох процесорів означає, що паралельно може бути організоване багато потоків даних і багато потоків команд. Таким чином, паралельно можуть виконуватися декілька фрагментів одного завдання. Структура такої машини, що має загальну оперативну пам’ять і декілька процесорів, подана на рис.3.2.

Багатомашинна обчислювальна система. Тут декілька процесорів, що входять в обчислювальну систему, не мають загальної оперативної пам’яті, а мають кожен свою (локальну). Кожен комп’ютер в багатомашинній системі має класичну архітектуру, і така система застосовується досить широко. Проте ефект від вживання такої обчислювальної системи може бути отриманий лише при вирішенні завдань, що мають дуже спеціальну структуру: вона повинна розбиватися на стільки слабо зв’язаних підзадач, скільки комп’ютерів в системі. Перевага в швидкодії багатопроцесорних і багатомашинних обчислювальних систем перед однопроцесорними очевидно.

Архітектура з паралельними процесорами. Тут декілька АЛП працюють під управлінням одного ПУ. Це означає, що безліч даних може оброблятися за однією програмою – тобто по одному потоку команд. Високу швидкодію такої архітектури можна отримати лише на завданнях, в яких однакові обчислювальні операції виконуються одночасно на різних однотипних наборах даних.

3.4 Будова комп’ютера

Розглянемо пристрій комп’ютера на прикладі найпоширенішої комп’ютерної системи – персонального комп’ютера. Персональним комп’ютером (ПК) називають порівняно недорогий універсальний мікрокомп’ютер, розрахований на одного користувача. Персональні комп’ютери зазвичай проектуються на основі принципу відкритої архітектури.

Принцип відкритої архітектури полягає в наступному:

• регламентуються і стандартизуються лише опис принципу дії комп’ютера і його конфігурація (певна сукупність апаратних засобів і з’єднань між ними). Таким чином, комп’ютер можна збирати з окремих вузлів і деталей, розроблених і виготовлених незалежними фірмами-виробниками;
• комп’ютер легко розширюється і модернізується за рахунок наявності внутрішніх розширювальних гнізд, в які користувач може вставляти всілякі пристрої, що задовольняють заданому стандарту, і тим самим встановлювати конфігурацію своєї машини відповідно до своїх особистих переваг.

Спрощена блок-схема, що відображає основні функціональні компоненти комп’ютерної системи в їх взаємозв’язку, змальована на рисунку 3.3.

Рисунок 3.3 – Загальна структура персонального комп’ютера

Для того, щоб з’єднати один з одним різні пристрої комп’ютера, вони повинні мати однаковий інтерфейс (англ. interface від inter — між, і face — особа).

Інтерфейс – це засіб узгодження двох приладів, в яких всі фізичні та логічні параметри погоджуються між собою.

Якщо інтерфейс є загальноприйнятим, наприклад, затвердженим на рівні міжнародних угод, то він називається стандартним. Кожен з функціональних елементів (пам’ять, монітор або інший пристрій) пов’язаний з шиною певного типа — адресною, управляючою або шиною даних. Для узгодження інтерфейсів периферійні пристрої підключаються до шини не безпосередньо, а через свої контролери (адаптери) і порти приблизно за такою схемою (рис. 3.4):

Рисунок 3.4 – Схема підключення приладу до шини

Контролерами і адаптерами є набори електронних ланцюгів, якими забезпечуються пристрої комп’ютера з метою сумісності їх інтерфейсів. Контролери, окрім цього, здійснюють безпосереднє управління периферійними пристроями по запитах мікропроцесора.

Портами пристроїв є якісь електронні схеми, що містять один або декілька регістрів введення-виводу, і що дозволяють підключати периферійні пристрої комп’ютера до зовнішніх шин мікропроцесора.

Портами також називають пристрої стандартного інтерфейсу: послідовний, паралельний і ігровий порти (або інтерфейси). Послідовний порт обмінюється даними з процесором побайтно, а із зовнішніми пристроями — побітно. Паралельний порт отримує і посилає дані побайтно.

До послідовного порту зазвичай під’єднують ті пристрої, що повільно діють або досить віддалені пристрої, такі, як миша і модем. До паралельного порту під’єднують «швидші» пристрої — принтер і сканер. Через ігровий порт під’єднується джойстик. Клавіатура і монітор підключаються до своїх спеціалізованих портів, які є просто роз’ємами.

Основні електронні компоненти, що визначають архітектуру процесора, розміщуються на основній платі комп’ютера, яка називається системною або материнською (Motherboard). А контролери і адаптери додаткових пристроїв, або самі ці пристрої, виконуються у вигляді плат розширення (Dаughterboard — дочірня плата) і підключаються до шини за допомогою роз’ємів розширення, званих також слотами розширення (англ. slot — щілина, паз).

Поняття архітектури комп’ютера

Структура комп’ютера
визначає конкретний його склад на
деякому рівні деталізації (пристрої,
блоки, вузли, тощо) і описує всі внутрішні
зв’язки. Однак, структуру комп’ютера
слід відрізняти від його архітектури.

Під цим терміном розуміють
сукупність логічних і фізичних принципів
організації комп’ютера (рис.
2).

Рис. 2. Основні компоненти архітектури
комп’ютера

Основоположні
принципи логічного устрою комп’ютера
також сформульовані Дж. фон Нейманом.
Вони передбачають:

• використання
  для кодування інформації у комп’ютері
  двійкової системи числення;

• програмне
  керування роботою комп’ютера;

• однорідність
  пам’яті;

• адресаціяпам’яті.

Принцип
використання для кодування інформаціїдвійкової системи числення. Для
представлення даних і команд у комп’ютері
використовується двійкова система
числення.

Під
системою численнярозуміють
сукупність прийомів і правил найменування
та позначення чисел.

У
повсякденній практиці використовується
десяткова система числення, що базується
на використанні у якості умовних знаків
для запису чисел цифр від 0 до 9. У двійковій
же системі числення для представлення
чисел використовується дві цифри: 0 та
1. Їх називають
двійковими цифрами абобітами(від англ. binary
digit).

Такий
код дуже зручний для представлення
інформації у комп’ютері, що обумовлюється
простотою його реалізації з технічної
точки зору: намагнічена ділянка поверхні
ототожнюється з 1, а ненамагнічена — з
0; високий рівень напруги приймається
за 1, низький – за 0, тощо. Тому двійковий
код також називають машинним кодом.

Одним бітом можуть бути закодовані два
різних значення: 0або
1. Якщо кількість бітів збільшити
до двох, то ними можна уже виразити
чотиринезалежні значення:00, 01, 10, 11. Трьома бітами
можна закодувати вісім різних значень:000, 001, 010, 01l, 100,
101, 110,111. У загальному випадку

N =2^m,
де N —
кількість незалежних значень;

т —
розрядність числа.

Тобто, збільшення на
одиницю кількості розрядів числа
збільшує кількість його незалежних
значень в2рази.

Також досить
просто виконуються в двійковій системі
числення арифметичні і логічні операції.
Зокрема, правила виконання арифметичних
дій у двійковій системі числення:

0 + 0 = 0 0 * 0 = 0

0 + 1 = 1 0 * 1 = 0

1 + 0 = 1 1 * 0 = 0

1 + 1 = 10 1 * 1 = 1

Послідовність
із 8 бітів утворює байт.
За допомогою байта можна закодувати
256 (2⁸) незалежних значень.

Для вимірювання кількості інформації
використовують також:

• Кілобайт
  (Кбайт). 1
  Кбайт = 2¹⁰байт
  = 1024байт. Одна сторінка неформатованого
  машинного тексту становить біля 2 Кбайт.

• Мегабайт
  (Мбайт). 1Мбайт
  = 1024 Кбайт =2²⁰байт. Книга із 500 сторінок тексту без
  малюнків містить приблизно 1Мбайт
  інформації.

• Гігабайт
  (Гбайт). 1Гбайт
  = 1024Мбайт = 2³⁰байт.

• Терабайт(Тбайт). 1Тбайт
  = 1024Гбайт = 2⁴⁰байт.

Принцип програмного керування.
Забезпечує автоматизацію процесу
обчислень на ПК. Згідно з цим принципом
будь-яка послідовність дій, яку потрібно
виконати за допомогою ПК, оформляється
у виглядіпрограми, що складається
із окремихкоманд(інструкцій),і послідовно (у сенсі черговості цих
команд) виконується за допомогою деякого
наборуоперацій, які здатен автоматично
виконати даний комп’ютер.

Принцип
однорідності пам’яті . Полягає
у використанні спільної пам’яті для
зберігання програм і даних. При цьому
і команди програми, і дані кодуються у
двійковій системі числення.

Використання
єдиної області пам’яті дозволяє оперативно
перерозподіляти ресурси між областями
програм і даних, що істотно підвищує
гнучкість ПК з точки зору розробника
програмного забезпечення.

Принцип адресації
пам’яті.Структурно
пам’ять ПКскладається
з перенумерованих
комірок, які служать для зберігання
інформації (числового коду).

Кожна комірка має свій
порядковий номер — адресу.
Число, що зберігається
в комірці,
— це її
значення
або вміст.
Якщо в k-й
комірці
міститься,
наприклад, число т, то
прийнято говорити «вміст
комірки
за
адресою k
дорівнює
т».

У
будь-який момент можна звернутися за
адресою до будь-якої комірки пам’яті.

Натепер існує
два основних
типи архітектур
комп’ютера: Прінстонська, яка часто
називається архітектурою фон
Неймана, і
Гарвардська.

Різниця між
ними полягає
у тому, що
в класичній фон-нейманівській
архітектурі
програми
і дані зберігаються
в загальній
ОП і
передаються в
процесор по
одному каналу (шині даних
і управління), тоді
як Гарвардська
архітектура передбачає
використання
роздільних
адресних
просторів для
зберігання
команд і
даних, а також окремі
потоки
передачі
для команд
і даних
(рис. 3 а, б).

Рис.
3. Основні типи архітектур комп’ютера

Переваги фон-нейманівськоїархітектури архітектури:

• спрощення
  устрою МП, так як реалізується звертання
  тільки до загальної ОП;

• використання
  єдиної області пам’яті дозволяє
  оперативно перерозподіляти ресурси
  між областями програм і даних, що істотно
  підвищує гнучкість МП.

Переваги Гарвардської архітектури:

• застосування
  невеликих за обсягом пам’яті даних
  сприяє прискоренню пошуку інформації
  в пам’яті і збільшує швидкодію МП;

• наявність
  окремих шини даних і шини команд також
  дозволяє підвищити швидкодію МП;

• з’являється
  можливість організувати паралельне
  виконання програм (кожна пам’ять
  з’єднується з процесором окремої шиною
  , що дозволяє одночасно з читанням —
  записом даних при виконанні поточної
  команди робити вибірку і декодування
  наступної команди).

Недоліком
гарвардської архітектури є ускладнення
архітектури МП і необхідність генерації
додаткових керуючих сигналів для пам’яті
команд і пам’яті даних.

Сучасний
підхід передбачає, що в основі побудови
однопроцесорних комп’ютерів, як і раніше,
лежать принципи фон-Неймана, хоча і
значно модифіковані. Багатопроцесорні
ж комп’ютерні системи, здатні здійснювати
паралельні обчислення, базуються на
Гарвардській архітектурі.

Поняття архітектури комп’ютера

Структура
комп’ютера, у тому числі і функціональна,
визначає конкретний його склад на
деякому рівні деталізації (пристрої,
блоки, вузли, тощо) і описує всі внутрішні
зв’язки. Однак, структуру комп’ютера
слід відрізняти від його архітектури.
Під цим терміном розуміють сукупність
логічних і фізичних принципів організації
роботи комп’ютера (рис. 3).

Рис.
3. Основні компоненти архітектури
комп’ютера

Основоположні
принципи логічного устрою комп’ютера
також сформульовані Дж. фон Нейманом.
Вони передбачають:

• використання
  для кодування інформації у комп’ютері
  двійкової системи числення,

• програмне
  керування роботою комп’ютера,

• однорідність
  пам’яті,

• адресаціюпам’яті.

Принцип
використання для кодування інформаціїдвійкової системи числення.
Передбачає використання для представлення
даних і команд у комп’ютері
двійковоїсистеми числення.

Загалом під
системою численнярозуміють сукупність прийомів і правил
найменування та позначення чисел. У
повсякденній практиці використовується
десяткова система числення, що базується
на використанні в якості умовних знаків
для запису чисел цифр від 0 до 9. У двійковій
же системі числення для представлення
чисел використовується всього дві
цифри: 0 та 1. Їх називають
двійковими цифрами абобітами(від англ. binary
digit).

Такий код дуже
зручний для представлення інформації
у комп’ютері, що обумовлюється простотою
його реалізації з технічної точки зору:
намагнічена ділянка поверхні ототожнюється
з 1, а ненамагнічена — з 0; високий рівень
напруги приймається за 1, низький – за
0, тощо. Тому двійковий код також називають
машинним кодом.

Одним бітом
можуть бути закодовані два різних
значення: 0або
1. Якщо кількість бітів збільшити
до двох, то ними можна уже виразити
чотири незалежні значення:00,
01, 10, 11. Трьома бітами можна закодувати
вісім різних значень:000, 001,
010, 01l, 100, 101, 110,111. У
загальному випадку кількість незалежних
значень (N)
визначається розрядністю числа (m)
за наступною формулою:

N =2^m.

Тобто, збільшення
на одиницю кількості розрядів числа
збільшує кількість його незалежних
значень в 2 рази.

Також досить
просто виконуються в двійковій системі
числення арифметичні і логічні операції.
Зокрема правила виконання арифметичних
дій у двійковій системі числення є
наступними:

0 + 0 = 0 0 * 0 = 0

0 + 1 = 1 0 * 1 = 0

1 + 0 = 1 1 * 0 = 0

1 + 1 = 10 1 * 1 = 1

Послідовність
із 8 бітів утворює байт.
За допомогою байта можна закодувати
256 (2⁸) незалежних значень.

Для
вимірювання кількості інформації
використовують також:

• Кілобайт
  (Кбайт). 1
  Кбайт = 2¹⁰байт
  = 1024байт..

• Мегабайт
  (Мбайт). 1Мбайт
  = 1024 Кбайт =2²⁰байт.

• Гігабайт
  (Гбайт). 1Гбайт
  = 1024Мбайт = 2³⁰байт.

• Терабайт(Тбайт). 1Тбайт
  = 1024Гбайт = 2⁴⁰байт.

Для
порівняння:одна сторінка
неформатованого машинного тексту
становить біля 2 Кбайт; книга із 500
сторінок тексту без малюнків містить
приблизно 1Мбайт інформації.

Принцип програмного керування
роботою комп’ютера. Передбачає,
що будь-яка послідовність дій, яку
потрібно виконати за допомогою комп’ютера,
оформляється у виглядіпрограми,
яка складається з окремихкоманді
послідовно (у сенсі черговості цих
команд) виконується за допомогою деякого
наборуоперацій, які здатен автоматично
виконати даний комп’ютер.

Принцип
однорідності пам’яті. Передбачає
використання пам’яті для зберігання як
програм, так і даних. При цьому і команди
програми, і дані кодуються у двійковій
системі числення.

Використання
єдиної області пам’яті дозволяє оперативно
перерозподіляти ресурси між областями
програм і даних, що істотно підвищує
гнучкість комп’ютера з точки зору
розробника програмного забезпечення.

Принцип
адресації пам’яті. Структурно пам’ять
комп’ютераскладаєтьсяз комірок, які служать для зберігання
інформації (двійкового коду). Кожна
комірка має свій порядковий номер —адресу.Число, що
зберігається в комірці, — це її значення
або вміст.
Якщо в k-й
комірці міститься,
наприклад, число m,
то прийнято говорити
«вміст комірки за адресою k
дорівнює m».
Даний принцип
передбачає, що убудь-який момент
можна звернутися за адресою до будь-якої
комірки пам’яті.

Розрізняють
два основних типи архітектур: Прінстонська,
яка часто називається архітектурою фон
Неймана, іГарвардська. Різниця між
ними полягає у тому, що в класичній
фон-нейманівській архітектурі комп’ютера
програми і дані зберігаються в загальній
ОП і передаються в процесор по одному
каналу (шині даних і управління), тоді
як Гарвардська архітектура передбачає
використання роздільних адресних
просторів для зберігання команд і даних,
а також окремі потоки передачі для
команд і даних (рис. 4 а, б).

Рис.
4. Основні типи архітектур комп’ютера

Переваги
фон-нейманівської архітектури:

• спрощення
  устрою мікропроцесора, так як реалізується
  звертання тільки до загальної ОП;

• використання
  єдиної області пам’яті дозволяє
  оперативно перерозподіляти ресурси
  між областями програм і даних, що істотно
  підвищує гнучкість мікропроцесора.

Переваги
Гарвардської архітектури:

• застосування
  невеликих за обсягом пам’яті даних
  сприяє прискоренню пошуку інформації
  в пам’яті і збільшує швидкодію
  мікропроцесора;

• наявність
  окремих шини даних і шини команд також
  дозволяє підвищити швидкодію
  мікропроцесора;

• з’являється
  можливість організувати паралельне
  виконання програм (кожна пам’ять
  з’єднується з процесором окремої шиною,
  що дозволяє одночасно з читанням/записом
  даних при виконанні поточної команди
  робити вибірку і декодування наступної
  команди).

Недоліком
Гарвардської архітектури є ускладнення
архітектури мікропроцесора і необхідність
генерації додаткових керуючих сигналів
для пам’яті команд і пам’яті даних.

Сучасний підхід
передбачає, що в основі побудови
однопроцесорних комп’ютерів, як і раніше,
лежать принципи фон Неймана, хоча і
значно модифіковані. Багатопроцесорні
ж комп’ютерні системи, здатні здійснювати
паралельні обчислення, базуються на
Гарвардській архітектурі.

Компьютерная архитектура | Компоненты компьютера

В информатике компьютерная архитектура — это набор дисциплин, который описывает часть компьютерной системы и их отношения. Компьютерная архитектура имеет дело с функциональным поведением компьютерной системы с точки зрения программиста. Его также можно описать как логическую структуру системного блока, в котором размещены электронные компоненты. Компьютерная архитектура составляет основу для построения успешных компьютерных систем.

Компоненты компьютера

Компьютер состоит из трех основных компонентов

1. Блок ввода / вывода (I / O).
2. Центральный процессор (ЦП).
3. Блок памяти.

Блок ввода

Компьютер принимает закодированную информацию через устройство ввода пользователем. Это устройство, которое используется для передачи необходимой информации компьютеру. например, клавиатура, мышь и т. д.

Блок вывода

Вывод отправляет обработанные результаты пользователю. В основном он используется для отображения желаемых результатов пользователю. Он в основном используется для отображения желаемого результата пользователю согласно инструкции ввода.например, видеомонитор, принтер, плоттер и т. д.

Центральный процессор (ЦП)

Центральный процессор состоит из регистров, арифметических и управляющих схем, которые вместе интерпретируют и исполняют инструкции на языке ассемблера. Основные функции ЦП:

1. ЦП передает инструкции и входные данные из основной памяти в регистры. т.е. внутренняя память.
2. ЦП выполняет инструкции в сохраненной последовательности.
3. При необходимости ЦП передает выходные данные из регистров в основную память.

Центральный процессор (ЦП) часто называют мозгом компьютера. ЦП выполнен в виде единой интегральной схемы (ИС) и также известен как микропроцессор. ЦП управляет всеми внутренними и внешними устройствами и выполняет арифметические и логические операции. ЦП состоит из трех основных подсистем; Арифметико-логический блок (ALU), блок управления (CU) и регистры.

Арифметико-логический блок (ALU)

Арифметико-логический блок содержит электронную схему, которая выполняет все арифметические и логические операции с доступными данными.Он используется для выполнения всех арифметических вычислений (сложение, вычитание, умножение и деление) и логических вычислений (<,>. +, AND, OR и т. Д.). Логический блок выполняет сравнение цифр, букв и специальных символов. ALU использует регистры для хранения обрабатываемых данных.

Регистры

Регистры — это специальные высокоскоростные блоки временной памяти. На регистры не ссылаются по их адресу, но ЦП напрямую обращается к ним и управляет ими во время выполнения.По сути, они содержат информацию, над которой в настоящее время работает процессор. В регистрах хранятся данные, инструкции, адрес и промежуточные результаты обработки.

• Количество и размеры регистров варьируются от процессора к процессору.

Блок управления (CU)

Блок управления

координирует работу с устройствами ввода и вывода компьютера. Он заставляет компьютер выполнять сохраненные программные инструкции, связываясь с ALU и регистрами.Он организует обработку данных и инструкций.

Для поддержания правильной последовательности обработки данных блок управления использует входы часов. Основная функция блока управления — получить инструкцию, хранящуюся в задействованных в ней устройствах, и соответственно генерировать управляющие сигналы.

Микропроцессор

Микропроцессор — это управляющий элемент в компьютерной системе, который иногда называют микросхемой. Микропроцессор — это основное оборудование, которое управляет компьютером.

Это печатная плата (PCB) target , которая используется во всех электронных системах, таких как компьютер, калькулятор, цифровая система и т. Д. Скорость ЦП зависит от типа используемого микропроцессора.

• Intel 40004 был первым микропроцессором, который содержал все компоненты ЦП на одном кристалле с 4-битной шириной шины.
• Некоторые из популярных микропроцессоров: Intel, Dual core, Pentium IV и т. Д.

Блок памяти

Память — это та часть компьютера, в которой хранятся данные и инструкции. Память является неотъемлемой частью процессора.Блок памяти состоит из первичной памяти и вторичной памяти.

Первичная память

Первичная память или основная память компьютера используется для хранения данных и инструкций во время
выполнения инструкций. Первичная память бывает двух типов; Оперативная память (RAM) и постоянная память (ROM).

Оперативная память (RAM) Она напрямую предоставляет необходимую информацию процессору. RAM — это энергозависимая память. Он обеспечивает временное хранилище данных и инструкций.RAM подразделяется на две категории.

1. Статическая оперативная память (SRAM).
2. Динамическая память с произвольным доступом (DRAM).

Постоянная память (ROM) Используется для хранения стандартных программ обработки, постоянно находящихся в компьютере. Как правило, разработчики программируют микросхемы ПЗУ во время изготовления схем. ПЗУ — это энергонезависимая память. Его можно только читать, а не писать.

ПЗУ делится на три категории

1. Программируемое ПЗУ (ППЗУ).
2. Стираемое программируемое ПЗУ (СППЗУ).
3. электрически стираемое программируемое ПЗУ (EEPROM).

Вторичная память

Вторичная память, также известная как вторичная память или вспомогательная память, используется для постоянного хранения данных и инструкций, например жесткие диски, CD, DVD и т. д.

Тит-биты

• Буфер — это временное хранилище, в котором регистр хранит данные для дальнейшего выполнения.
• Накопитель — это регистр в ЦП, в котором хранятся промежуточные арифметические и логические результаты.
• Компьютер с сокращенным набором команд (RISC) и Компьютер со сложным набором команд (CISC) — это два типа микропроцессоров, классифицируемых на основе набора команд.
• На производительность компьютера влияют размер регистров, размер ОЗУ, скорость системных часов и размер кэш-памяти.
• Скорость процессора измеряется в миллионах циклов в секунду или мегагерцах (МГц).

Объединение блоков

ЦП

отправляет данные, инструкции и информацию компонентам внутри компьютера, а также периферийным устройствам и устройствам, подключенным к нему.Шина — это набор путей электронного сигнала, который позволяет информации и сигналам перемещаться между компонентами внутри или вне компьютера.

Характеристики и функции автобуса следующие

• Шина — это набор проводов, используемых для соединения, где каждый провод может нести один бит данных.
• Компьютерные шины можно разделить на два типа; внутренняя шина и внешняя шина.
• Внутренняя шина соединяет компоненты внутри материнской платы, такие как ЦП и системную память.Ее еще называют системной шиной.
• Внешняя шина соединяет различные внешние устройства; периферийные устройства, слоты расширения, порты ввода / вывода и подключения дисков к остальной части компьютера. Ее также называют шиной расширения.
• Команда доступа к памяти или устройству ввода-вывода передается по шине управления.
• Адрес устройства ввода-вывода или памяти передается по адресной шине. Данные, подлежащие передаче, передаются по шине данных.

Материнская плата

Основная печатная плата, содержащаяся в любом компьютере, называется материнской платой, она также известна как материнская плата или материнская плата или системная плата или планарная плата .Самый большой кусок кремния, помещенный в системный блок компьютера, — это материнская плата.

Все остальные электронные устройства и схемы компьютерной системы присоединены к этой плате, например, CPU, ROM.

Слоты расширения RAM, слоты PCI и порты USB, он также включает контроллеры для таких устройств, как жесткий диск, DVD-привод, клавиатура и мышь. Другими словами, материнская плата заставляет все в компьютере работать вместе.

Цикл команд:

Цикл команд представляет собой последовательность событий, которые имеют место, когда инструкция считывается из памяти и выполняется.

Простой цикл команд состоит из следующих шагов

• Получение инструкции из памяти.
• Расшифровка инструкции по эксплуатации.
• Выполнение инструкции.
• Сохранение в памяти.

Формат инструкций

Компьютер понимает инструкции только в виде нулей и единиц, что называется машинным языком. Компьютерная программа — это набор инструкций, которые описывают шаги, которые необходимо выполнить для выполнения вычислительной задачи.У процессора должно быть два входа; инструкции и данные.

Инструкции сообщают процессору, какие действия необходимо выполнить с данными. Инструкция разделена на две части; операция (код операции) и операнд.

Операционный код представляет действие, которое процессор должен выполнить, а операнд определяет параметры действия и зависит от операции.

Тит-биты:

• Машинный цикл определяется временем, которое требуется для выборки двух операндов из регистров.Он выполняет операцию ALU и сохраняет результат в регистре.
• Конвейерная обработка повышает скорость выполнения за счет параллельного выполнения этапов выполнения нескольких инструкций. Она также называется предварительной выборкой инструкций .
• Разъемы — это точки подключения микросхемы на материнской плате.
• Как правило, слово компьютер относится к центральному процессору плюс внешняя память.
• Инструкция загрузки используется для загрузки данных из памяти в регистр аккумулятора ЦП.
• Коробка, прилагаемая к настольному компьютеру, в которой находятся все электронные компоненты компьютера, называется системным блоком .

.

Компьютерная архитектура

В информатике и инженерии, компьютерная архитектура — это практическое искусство выбора и соединения аппаратных компонентов для создания компьютеров, которые соответствуют функциональным, производительным и ценовым требованиям, а также формального моделирования этих систем.

Существительное компьютерная архитектура или организация цифровых компьютеров. — это план, описание требований и базовая конструкция для различных частей компьютера. Обычно его больше всего беспокоит то, как работает центральный процессор (ЦП) и как он обращается к памяти компьютера.Некоторые модные в настоящее время (2011 г.) компьютерные архитектуры включают кластерные вычисления и неоднородный доступ к памяти.

Искусство компьютерной архитектуры делится на три основные подкатегории: ^[1]

• Микроархитектура , также известная как Компьютерная организация описывает пути данных, элементы обработки данных и элементы хранения данных, а также описывает, как они должны реализовывать ISA. ^[2] Размер кэша компьютера, например, является организационной проблемой, которая обычно не имеет ничего общего с ISA.

• Проектирование системы включает в себя все остальные аппаратные компоненты вычислительной системы. К ним относятся:

1. Пути данных, например компьютерные шины и коммутаторы
2. Контроллеры памяти и иерархии
3. Обработка данных, отличная от ЦП, например прямой доступ к памяти (DMA)
4. Разные проблемы, такие как виртуализация или многопроцессорность.

Второй шаг проектирования новой архитектуры часто заключается в разработке программного симулятора и написании репрезентативных программ в ISA для тестирования и настройки архитектурных элементов.На этом этапе для разработчиков компиляторов стало обычным делом сотрудничать, предлагая улучшения в ISA. Современные симуляторы обычно измеряют время в тактовых циклах и дают оценки энергопотребления в ваттах.

После описания набора команд и микроархитектуры необходимо разработать практическую машину. Этот процесс проектирования называется реализацией . Реализация обычно не считается архитектурным определением, а скорее считается проектированием аппаратного обеспечения.

Внедрение

можно разбить на несколько (не полностью отдельных) этапов:

• Реализация логики — дизайн блоков, определенных в микроархитектуре (в первую очередь) на уровне передачи регистров и уровне логического элемента.
• Реализация схемы — конструкция на уровне транзисторов базовых элементов (вентилей, мультиплексоров, защелок и т. Д.), А также некоторых более крупных блоков (ALU, кэшей и т. Д.), Которые могут быть реализованы на этом уровне или даже (частично) на физический уровень по соображениям производительности.
• Физическая реализация — физические схемы вычерчиваются, различные компоненты схемы размещаются на плане микросхемы или на плате, а соединяющие их провода проложены.
• Проверка проекта — Компьютер в целом тестируется, чтобы убедиться, что он работает во всех ситуациях и в любое время.После начала реализации первой проверкой проекта является моделирование с использованием логических эмуляторов. Однако обычно это слишком медленно для запуска реалистичных программ. Итак, после внесения исправлений, затем создаются прототипы с использованием программируемых вентильных матриц FPGA. На этом этапе останавливаются многие хобби-проекты. Последний шаг — испытание прототипа интегральной схемы. Интегральные схемы, возможно, придется несколько раз переделывать, чтобы устранить проблемы.

Для ЦП весь процесс реализации часто называют проектированием ЦП.

История

Термин «архитектура» в компьютерной литературе восходит к работам Лайла Р. Джонсона, Мухаммада Усмана Хана и Фредерика П. Брукса-младшего, которые в 1959 году работали в отделе организации машин главного исследовательского центра IBM.

Джонсон имел возможность написать собственное исследовательское сообщение о Stretch, суперкомпьютере, разработанном IBM для Лос-Аламосской научной лаборатории. Пытаясь охарактеризовать выбранный им уровень детализации для обсуждения роскошно украшенного компьютера, он отметил, что его описание форматов, типов инструкций, параметров оборудования и улучшений скорости было на уровне «системной архитектуры» — термин, который казался более полезным, чем «Машинная организация.”

Впоследствии Брукс, один из дизайнеров Stretch, начал главу 2 книги (Planning a Computer System: Project Stretch, ed. W. Buchholz, 1962), написав: «Компьютерная архитектура, как и другая архитектура, — это искусство определения потребности пользователя конструкции, а затем проектирование для максимально эффективного удовлетворения этих потребностей с учетом экономических и технологических ограничений ».

Brooks продолжал играть важную роль в разработке линейки компьютеров IBM System / 360 (теперь называемой IBM zSeries), где термин «архитектура» приобрел популярность как существительное с определением «что нужно знать пользователю». .Позже компьютерный мир будет использовать этот термин во многих менее явных смыслах.

Компьютерные архитектуры

Существует много типов компьютерных архитектур:

Архитектура квантового компьютера обещает произвести революцию в вычислениях. ^[3]

Темы о компьютерной архитектуре

Подопределения

Некоторые специалисты по компьютерной архитектуре в таких компаниях, как Intel и AMD, используют более тонкие различия:

• Макроархитектура — архитектурные слои, более абстрактные, чем микроархитектура, e.г. ISA
• Архитектура набора команд (ISA) — как определено выше минус
• Assembly ISA — умный ассемблер может преобразовать абстрактный язык ассемблера, общий для группы машин, в немного другой машинный язык для разных реализаций
• Programmer Visible Macroarchitecture — языковые инструменты более высокого уровня, такие как компиляторы, могут определять согласованный интерфейс или заключать договор с программистами, использующими их, абстрагируя различия между базовыми ISA, UISA и микроархитектурами.Например. стандарты C, C ++ или Java определяют другую видимую макроархитектуру программиста — хотя на практике микроархитектура C для конкретного компьютера включает
• UISA (Архитектура набора команд микрокода) — семейство машин с микроархитектурой аппаратного уровня может иметь общую архитектуру микрокода и, следовательно, UISA.

Архитектура выводов

• — набор функций, которые микропроцессор должен обеспечивать с точки зрения аппаратной платформы.Например. выводы x86 A20M, FERR / IGNNE или FLUSH, а также сообщения, которые процессор, как ожидается, будет выдавать после завершения аннулирования кэша, чтобы внешние кэши могли быть аннулированы. Функции архитектуры контактов более гибкие, чем функции ISA — внешнее оборудование может адаптироваться к изменению кодирования или переходу от контакта к сообщению, но ожидается, что функции будут предоставляться в последующих реализациях, даже если способ их кодирования изменится.

Роль компьютерной архитектуры

Архитектура компьютера: определение

Координация абстрактных уровней процессора под воздействием изменяющихся сил, включая проектирование, измерение и оценку.Он также включает в себя общий фундаментальный принцип работы внутренней логической структуры компьютерной системы.

Это также может быть определено как конструкция части компьютеров, выполняющей задачи, то есть как различные вентили и транзисторы связаны между собой и заставляют работать в соответствии с инструкциями, данными программистом на языке ассемблера.

Архитектура набора команд

1. ISA — это интерфейс между программным обеспечением и оборудованием.
2. Это набор инструкций, который устраняет разрыв между языками высокого уровня и оборудованием.
3. Чтобы процессор понимал команду, она должна быть в двоичной форме, а не на языке высокого уровня. ISA кодирует эти значения.
4. ISA также определяет элементы в компьютере, которые доступны программисту. Например, он определяет типы данных, регистры, режимы адресации, организацию памяти и т. Д.
5. Регистр — высокий уровень Режимы адресации — это способы, которыми команды размещают свои операнды.

Организация памяти определяет, как инструкции взаимодействуют с памятью.

Компьютерная организация

Компьютерная организация помогает оптимизировать продукты, основанные на производительности. Например, программистам необходимо знать вычислительную способность процессоров. Возможно, им потребуется оптимизировать программное обеспечение, чтобы получить максимальную производительность при минимальных затратах. Это может потребовать достаточно подробного анализа компьютерной организации. Например, в мультимедийном декодере разработчикам может потребоваться организовать обработку большей части данных по наиболее быстрому пути передачи данных, при этом предполагается, что различные компоненты находятся на своих местах, и задача состоит в том, чтобы исследовать организационную структуру для проверки работы частей компьютера.

Компьютерная организация также помогает спланировать выбор процессора для конкретного проекта. Мультимедийным проектам может потребоваться очень быстрый доступ к данным, тогда как программному обеспечению для управления могут потребоваться быстрые прерывания.

Иногда для определенных задач требуются дополнительные компоненты. Например, компьютеру, способному к виртуализации, требуется оборудование с виртуальной памятью, чтобы память разных смоделированных компьютеров могла быть разделена.

Организация и характеристики компьютера также влияют на энергопотребление и стоимость процессора.

Конструкторские ворота

Точная форма компьютерной системы зависит от ограничений и целей, для которых она была оптимизирована. Компьютерные архитектуры обычно идут вразрез со стандартами, стоимостью, объемом памяти, задержкой и пропускной способностью. Иногда другие факторы, такие как характеристики, размер, вес, надежность, расширяемость и энергопотребление, также являются факторами.

В наиболее распространенной схеме тщательно выбирается узкое место, которое в наибольшей степени снижает скорость компьютера. В идеале затраты распределяются пропорционально, чтобы гарантировать, что скорость передачи данных будет почти одинаковой для всех частей компьютера, причем самая дорогая часть будет самой медленной.Так умелые коммерческие интеграторы оптимизируют персональные компьютеры.

Производительность

Архитектурная производительность современного компьютера часто описывается как MIPS на МГц (миллионы инструкций в секунду на миллион циклов в секунду тактовой частоты). Эта метрика явно измеряет эффективность архитектуры на любой тактовой частоте. Поскольку более быстрые часы могут сделать компьютер более быстрым, это полезное и широко применимое измерение. У компьютеров с исторически сложным набором команд значение MIP / МГц было равным 0.1 (см. Инструкции в секунду). Простые современные процессоры легко достигают почти 1. Суперскалярные процессоры могут достигать трех-пяти, выполняя несколько инструкций за такт. Многоядерные процессоры и процессоры с векторной обработкой могут еще больше увеличивать это количество, обрабатывая большое количество данных на инструкцию, и иметь несколько процессоров, выполняющихся параллельно. Подсчет инструкций на машинном языке может ввести в заблуждение, потому что они могут выполнять различный объем работы в разных ISA. «Инструкция» в стандартных измерениях — это не количество фактических инструкций машинного языка ISA, а историческая единица измерения, обычно основанная на скорости компьютерной архитектуры VAX.Исторически сложилось так, что многие измеряли скорость по тактовой частоте (обычно в МГц или ГГц). Это относится к числу циклов в секунду основных часов ЦП. Однако этот показатель несколько вводит в заблуждение, поскольку машина с более высокой тактовой частотой не обязательно может иметь более высокую производительность. В результате производители отказались от тактовой частоты как показателя производительности.

Производительность компьютера также можно измерить по объему кэш-памяти процессора. Если бы скорость, МГц или ГГц, была бы автомобилем, то кеш-память подобна бензобаку.Как бы быстро ни ехала машина, заправлять ей все равно нужно. Чем выше скорость и больше кэш, тем быстрее работает процессор. ^{[ сомнительно — обсудить ]}

На скорость влияют другие факторы, такие как сочетание функциональных модулей, скорости шины, доступная память, а также тип и порядок инструкций в выполняемых программах.

На типичном домашнем компьютере самый простой и надежный способ повысить производительность — это обычно добавить оперативную память (RAM).Чем больше ОЗУ, тем выше вероятность того, что необходимые данные или программа будут находиться в ОЗУ. Таким образом, система с меньшей вероятностью будет нуждаться в перемещении данных памяти с диска. Диск часто в десять тысяч раз медленнее ОЗУ, потому что у него есть механические части, которые должны перемещаться, чтобы получить доступ к его данным.

Существует два основных типа скорости, задержки и пропускной способности. Задержка — это время между началом процесса и его завершением. Пропускная способность — это количество работы, выполненной за единицу времени. Задержка прерывания — это гарантированное максимальное время реакции системы на электронное событие ( e.г. , когда диск завершает перемещение некоторых данных).

На производительность влияет очень широкий диапазон вариантов дизайна — например, конвейерная обработка процессора обычно увеличивает задержку (медленнее), но улучшает пропускную способность. Компьютерам, которые управляют оборудованием, обычно требуется низкая задержка прерывания. Эти компьютеры работают в среде реального времени и выходят из строя, если операция не завершается за указанный период времени. Например, антиблокировочная система тормозов с компьютерным управлением должна начать торможение в течение предсказуемого короткого времени после того, как будет обнаружена педаль тормоза.

Производительность компьютера можно измерить с помощью других показателей в зависимости от области его применения. Система может быть привязана к ЦП (как в числовом расчете), к вводу-выводу (как в веб-приложении) или к памяти (как при редактировании видео). Энергопотребление стало важным для серверов и портативных устройств, таких как ноутбуки.

Benchmarking пытается учесть все эти факторы, измеряя время, необходимое компьютеру для выполнения серии тестовых программ. Несмотря на то, что бенчмаркинг показывает сильные стороны, он может не помочь в выборе компьютера.Часто измеряемые машины разделяются по разным параметрам. Например, одна система может быстро обрабатывать научные приложения, а другая — более плавно воспроизводить популярные видеоигры. Кроме того, известно, что разработчики добавляют в свои продукты специальные функции, будь то аппаратные или программные средства, которые позволяют быстро выполнять конкретный тест, но не дают преимуществ, аналогичных другим, более общим задачам.

Потребляемая мощность

Основная статья: маломощная электроника

Энергопотребление — еще один критерий проектирования, который учитывается при разработке современных компьютеров.Энергоэффективность часто можно обменять на производительность или экономическую выгоду. типичное измерение в этом случае — MIPS / Вт (миллионы инструкций на ватт).

С увеличением плотности мощности современных схем по мере увеличения количества транзисторов на чип (закон Мура) важность энергоэффективности возрастает. В последних разработках процессоров, таких как Intel Core 2, больше внимания уделяется повышению энергоэффективности. Кроме того, в мире встроенных вычислений энергоэффективность долгое время была и остается важной целью наряду с пропускной способностью и задержкой.

См. Также

Банкноты

• Джон Л. Хеннесси и Дэвид Паттерсон (2006). Компьютерная архитектура: количественный подход (Четвертое издание). Морган Кауфманн. ISBN 978-0-12-370490-0. http://www.elsevierdirect.com/product.jsp?isbn=9780123704900.
• Бартон, Роберт С., «Функциональный дизайн компьютеров», Коммуникации ACM 4 (9): 405 (1961).
• Бартон, Роберт С., «Новый подход к функциональному проектированию цифрового компьютера», Труды Западной совместной компьютерной конференции , май 1961 г., стр.393–396. О конструкции компьютера Burroughs B5000.
• Bell, C. Gordon; и Ньюэлл, Аллен (1971). «Компьютерные структуры: материалы и примеры», McGraw-Hill.
• Блаау, Г.А., и Брукс, Ф.П., мл., «Структура системы / 360, Часть I — Краткое описание логической структуры», IBM Systems Journal , вып. 3, вып. 2. С. 119–135, 1964.
• Таненбаум, Эндрю С. (1979). Структурированная компьютерная организация . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл.ISBN 0-13-148521-0.

Ссылки

Внешние ссылки

.

Компьютерная архитектура — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

В компьютерной инженерии, компьютерная архитектура — это концептуальный проект и фундаментальная операционная структура компьютерной системы. Это технические чертежи и функциональное описание всех требований к конструкции (особенно скоростей и взаимосвязей), это то, как проектировать и реализовывать различные части компьютера, уделяя основное внимание способу внутренней работы центрального процессора (ЦП) и тому, как он обращается к адресам в памяти.

Это можно определить как науку и искусство выбора и соединения аппаратных компонентов для создания компьютеров, которые соответствуют функциональным, производительным и ценовым требованиям.

Компьютерная архитектура включает не менее трех основных подкатегорий: ^[1]

1. Архитектура набора команд , или ISA, представляет собой абстрактную модель вычислительной системы, которую видит программист на машинном языке (или языке ассемблера), включая набор команд, режимы адресации памяти, регистры процессора, а также форматы адресов и данных. .
2. Микроархитектура , также известная как Компьютерная организация — это нижний уровень, подробное описание системы, достаточное для полного описания работы всех частей вычислительной системы, а также их взаимосвязи и взаимодействия. для реализации ISA. ^[2] Размер кэша компьютера, например, является организационной проблемой, которая обычно не имеет ничего общего с ISA.
3. Проектирование системы , которое включает в себя все другие аппаратные компоненты в вычислительной системе, такие как:

После того, как ISA и микроархитектура были определены, фактическая вычислительная система должна быть спроектирована в виде оборудования.Этот процесс проектирования называется реализация . Реализация обычно представляет собой процесс проектирования аппаратного обеспечения.

Реализация может быть далее разбита на три, но не полностью отдельные части:

• Реализация логики: Дизайн блоков, определенных в микроархитектуре, в основном, на уровне передачи регистров и вентилей.
• Реализация схемы: Проектирование базовых элементов на уровне транзисторов (вентили, мультиплексоры, триггеры и т. Д.)), а также некоторых более крупных блоков (ALU, кешей и т. д.), которые могут быть реализованы на этом уровне или даже на более низком физическом уровне по соображениям производительности.
• Физическая реализация: Физические схемы нарисованы, различные компоненты схемы размещены на поэтажном плане микросхемы или на плате, а соединяющие их провода проложены.

Для ЦП весь процесс реализации часто называют проектированием ЦП; это также может быть семейство связанных конструкций ЦП, таких как RISC и CISC.

Некоторые специалисты по компьютерной архитектуре используют более тонкие подкатегории:

• Макроархитектура: Архитектурные слои, которые более абстрактны, чем микроархитектура, например ISA.
• Архитектура набора команд (ISA): Как определено выше.
• UISA (Архитектура набора команд микрокода): Семейство машин с разной микроархитектурой аппаратного уровня может иметь общую архитектуру микрокода и, следовательно, называется UISA.
• Ассемблер ISA: Интеллектуальный ассемблер может преобразовать абстрактный язык ассемблера, общий для группы процессоров, в несколько иной машинный язык для разных реализаций процессора.
• Программист Видимая макроархитектура : Инструменты языка более высокого уровня, такие как компиляторы, могут определять определенный интерфейс для программистов, использующих их, абстрагируя различия между базовыми ISA, UISA и микроархитектурами; например, стандарты C, C ++ или Java определяют три различных определенных интерфейса программирования.
• Архитектура выводов: Набор функций, которые микропроцессор должен обеспечивать с точки зрения аппаратной платформы. Например, сигналы, которые, как ожидается, будет выдавать процессор во время выполнения инструкции.

Примеры компьютерных архитектур [изменить | изменить источник]

1. ↑ Джон Л. Хеннесси и Дэвид А. Паттерсон (2003). Компьютерная архитектура: количественный подход (Третье издание). Издательство Morgan Kaufmann Publishers, Inc.ISBN 1558605967 . CS1 maint: дополнительный текст (ссылка)
2. ↑ Филип А. Лапланте (2001). Словарь компьютерных наук, инженерии и технологий . CRC Press. С. 94–95. ISBN 0849326915 .

.

Карточки и учебные пособия по компьютерной архитектуре

Геном знаний ^TM

Сертифицировано Brainscape

Просмотрите более 1 миллиона курсов, созданных лучшими студентами, профессорами, издателями и экспертами, которые охватывают весь мир «усваиваемых» знаний.

• Вступительные экзамены

• Экзамены уровня A

• Экзамены AP

• Экзамены GCSE

• Вступительные экзамены в магистратуру

• Экзамены IGCSE

• Международный бакалаврат

• 5 национальных экзаменов

• Вступительные экзамены в университет

• Профессиональные сертификаты

• Бар экзамен

• Водитель Эд

• Финансовые экзамены

• Сертификаты управления

• Медицинские и сестринские сертификаты

• Военные экзамены

• MPRE

• Другие сертификаты

• Сертификаты технологий

• TOEFL

• Иностранные языки

• арабский

• китайский язык

• французский язык

• Немецкий

• иврит

• Итальянский

• Японский

• Корейский

• Лингвистика

• Другие иностранные языки

• португальский

• русский

• испанский язык

• TOEFL

• Наука

• Анатомия

• Астрономия

• Биохимия

• Биология

• Клеточная биология

• Химия

• наука о планете Земля

• Наука об окружающей среде

• Генетика

• Геология

• Наука о жизни

• Морская биология

• Метеорология

• Микробиология

• Молекулярная биология

• Естественные науки

• Океанография

• Органическая химия

• Периодическая таблица

• Физическая наука

• Физика

• Физиология

• Растениеводство

• Класс науки

• Зоология

• Английский

• Американская литература

• Британская литература

• Классические романы

• Писательское творчество

• английский

• Английская грамматика

• Художественная литература

• Высший английский

• Литература

• Средневековая литература

• Акустика

• Поэзия

• Пословицы и идиомы

• Шекспир

• Орфография

• Vocab Builder

• Гуманитарные и социальные науки

• Антропология

• Гражданство

• Гражданское

• Классика

• Связь

• Консультации

• Уголовное правосудие

• География

• История

• Философия

• Политическая наука

• Психология

• Религия и Библия

• Социальные исследования

• Социальная работа

• Социология

• Математика

• Алгебра

• Алгебра II

• Арифметика

• Исчисление

• Геометрия

• Линейная алгебра

• Математика

• Таблицы умножения

• Precalculus

• Вероятность

• Статистические методы

• Статистика

• Тригонометрия

• Медицина и уход

• Анатомия

• Системы тела

• Стоматология

• Медицинские курсы и предметные области

• Медицинские осмотры

• Медицинские специальности

• Медицинская терминология

• Разные темы здравоохранения

• Курсы медсестер и предметные области

• Медсестринские специальности

• Другие области здравоохранения

• Патома

• Фармакология

• Физиология

• Радиология и диагностическая визуализация

• Ветеринарная

• Профессии

• ASVAB

• Автомобильная промышленность

• Авиация

• Парикмахерская

• Катание на лодках

• Косметология

• Бриллианты

• Электрические

• Электрик

• Пожаротушение

• Садоводство

• Домашняя экономика

• Садоводство

• HVAC

• Дизайн интерьера

• Ландшафтная архитектура

• Массажная терапия

• Металлургия

• Военные

• Борьба с вредителями

• Сантехника

• Полицейская

• Сточные Воды

• Сварка

• Закон

• Закон Австралии

• Банкротство

• Бар экзамен

• Бизнес Закон

• Экзамен в адвокатуру Калифорнии

• Экзамен CIPP

• Гражданский процесс

• Конституционное право

• Договорное право

• Корпоративное право

• Уголовное право

• Доказательство

• Семейное право

• Экзамен в адвокатуру Флориды

• Страховое право

• Интеллектуальная собственность

• Международный закон

• Закон

• Закон и этика

• Правовые исследования

• Судебные разбирательства

• MBE

• MPRE

• Закон о аптеках

• Право собственности

• Закон о недвижимости

• Экзамен в адвокатуре Техаса

• Проступки

• Трасты и имения

• Здоровье и фитнес

• Альтернативная медицина

• Класс здоровья и фитнеса

• Здоровье и человеческое развитие

• Урок здоровья

• Наука о здоровье

• Развитие человека

• Человеческий рост и развитие

• Душевное здоровье

• Здравоохранение

• Спорт и кинезиология

• Йога

• Бизнес и финансы

• Бухгалтерский учет

• Бизнес

• Экономика

• Финансы

• Управление

• Маркетинг

• Недвижимость

• Технологии и машиностроение

• Архитектура

• Биотехнологии

• Компьютерное программирование

• Компьютерная наука

• Инженерное дело

• Графический дизайн

• Информационная безопасность

• Информационные технологии

• Информационные системы управления

• Еда и напитки

• Бармен

• приготовление еды

• Кулинарное искусство

• Гостеприимство

• Питание

• Вино

• Изобразительное искусство

• Искусство

• История искусства

• Танец

• Музыка

• Другое изобразительное искусство

• Случайное знание

• Астрология

• Блэк Джек

• Культурная грамотность

• Знание реабилитации

• Мифология

• Национальные столицы

• Люди, которых вы должны знать

• Покер

• Чаша для викторины

• Спортивные викторины

• Карты Таро

.