Функциональная схема ЦП

Информатика

Лекция 2

Современные ЭВМ имеют одну и ту же внутреннюю организацию, которую принято назвать архитектурой ЭВМ. Любая ЭВМ – автоматическое устройство обработки информации, все они сконструированы на основе электронных схем обработки электрических сигналов. А принцип их работы основывается на законах физики, математики и логики.

Мы различаем внешнюю архитектуру и внутреннюю архитектуру. Во внешнюю архитектуру входит то, что видят люди, которые используют машину для своих целей. Внутренняя архитектура – это то, из чего состоит машина и на чем основывается накопление, обработка и передача информации внутри машины. В основе большинства современных и ранее разработанных ЭВМ лежит так называемый принцип фон Неймана, названный в честь Джона фон Неймана, американского ученного (1903-1957), впервые изложивший принципиальные положения архитектуры ЭВМ во II-ой половине 40-х годов.

Принципы построения компьютера:

1. Двоичное кодирование - для представления данных и команд используется двоичная система счисления.

2. Программное управление - программа состоит из набора команд, выбираемых из памяти согласно счетчику команд и выполняемых последовательно друг за другом.

3. Однородность памяти - программы и данные хранятся в общей памяти и над ними можно выполнять одинаковые операции.

4. Адресуемость памяти - каждая ячейка памяти имеет номер и доступна в любой момент времени.

Архитектура ЭВМ - это общее описание структуры и функций ЭВМ, ее ресурсов. Архитектура современных персональных компьютеров (открытая архитектура) основана на магистрально- модульном принципе.

Магистрально-модульный принцип
(принцип открытой архитектуры) построения современных компьютеров заключается в том, что

 все устройства взаимодействуют между собой единым способом через посредство специальной информационной магистрали (шины).

 каждое устройство конструктивно оформляется в виде отдельного блока (модуля), который легко подключается к общей схеме через один или несколько разъемов.

Модульный принцип позволяет комплектовать нужную конфигурацию компьютера и производить при необходимости модернизацию компьютера.

 

(Рассказать, как происходит сборка компьютеров)

Чипсе́т (англ. chipset) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора заданных функций. Так, в компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате, выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистемпамяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других.

Форм-фактор (от англ. form factor) — стандарт, задающий габаритные размеры технического изделия, а также описывающий дополнительные совокупности его технических параметров, например форму, типы дополнительных элементов размещаемых в/на устройстве, их положение и ориентацию.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и дополнительные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей в будущем.

Чаще всего употребляется в отношении ИТ-оборудования:

· корпусов сотовых телефонов;

· корпусов компьютеров и их комплектующих — материнских и процессорных плат, жёстких дисков, других периферийных устройств;

· оборудования связи.

 

Процессор – устройство, которое обеспечивает общее управление компьютером и осуществляет обработку информации по программе, загруженной в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

Процессор состоит из:

 устройства управления (УУ), которое управляет работой процессора с помощью электрических сигналов;

 арифметическо-логического устройства (АЛУ), производящего операции над данными;

 регистров (Рг) для внутреннего хранения в процессоре этих данных и результатов операций над ними;

 дешифратора команд (ДК) – устройство для расшифровки команд;

 счетчика команд (СчК) – регистр для хранения адреса очередной команды.

Для выполнения программы, хранящейся в ОЗУ, процессор:

 считывает из ОЗУ очередную команду программы;

 расшифровает команду;

 выполняет действия, указанные в этой команде.

Важной характеристикой процессора является его производительность – количество элементарных операций, выполняемых им за одну секунду – которая и определяет быстродействие компьютера в целом.
Производительность процессора зависит от тактовой частоты и разрядности.

Тактовая частота - количество тактов в секунду. Такт – интервал времени между началами двух соседних тактовых импульсов (Гц).

Разрядность - число битов, одновременно обрабатываемых процессором за один такт (машинное слово). Зависит от разрядностей регистров и шины данных.

Для современных компьютеров тактовая частота измеряется единицами гигагерц (1 ГГц = 10⁹ Гц).
Разрядность процессора в зависимости от типа - 8, 16, 32, 64 битов.

Раньше работой устройств ввода-вывода руководил центральный процессор, что занимало немало времени. Архитектура современных компьютеров предусматривает наличие каналов прямого доступа к оперативной памяти для обмена данными с устройствами ввода-вывода без участия центрального процессора, а также передачу большинства функций управления периферийными устройствами специализированным процессорам, разгружающим центральный процессор и повышающим его производительность.

Функциональная схема ЦП

Терафлопс (TFLOPS) — величина, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система. 1 терафлопс = 1 триллион операций в секунду = 1000 миллиардов операций в секунду.

Например, суперЭВМ собрана на базе 212992 процессоров PowerPC 440, тактовая частота каждого из которых 700 МГц. Его производительность:

700 МГц × 212992 процессоров × 4·10⁻⁶ = 596,4 трлн операций в секунду = 596,4 терафлопс.