Лекция №5. Функциональная организация компьютера

На сегодняшний день обществом используется очень большое количество вычислительных машин. ЭВМ, компьютер, вычислитель – это совокупность технических устройств и программных продуктов, предназначенных для выполнения различного рода логических, арифметических и аналитических задач.

Прерывание – временная остановка выполнения одной программы в целях выполнения другой в данный момент более важной (приоритетной) программы.

Основным показателем материнской платы является степень ее интеграции – максимальное количество элементов, используемое при разработке платы.

Как известно, процессор является основным вычислительным блоком компьютера. Микропроцессор (МП) появился во второй половине ХХ века. Его работой управляют электрические импульсы: наличие импульса соответствует единице, отсутствие импульса – нулю. МП предназначен для обработки сигналов в двоичном коде и представляет собой целую сверхминиатюрную цифровую вычислительную машину, помещенную на одном кремниевом кристалле. Между собой МП различаются разрядностью и тактовой частотой. Разрядность – это количество бит, воспринимаемых МП как единое целое 4,8,16,32,64 (целые степени числа 2). От разрядности зависят производительность ПК и максимальный объем его внутренней памяти. В компьютере имеется генератор тактовых импульсов, служащих метками времени для синхронизации работы всех устройств. Тактовая частота, измеряется в МГц и определяет производительность (быстродействие) ПК.

В состав МП входят:

· Устройство управления (УУ) – координирует работу всех блоков ПК, вырабатывая в определенные моменты нужные сигналы управления.

· Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет арифметические и логические операции над числами и символами.

· Микропроцессорная память (МПП) – служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы ПК. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия. Регистры – это быстродействующие ячейки памяти различной длины.

· Математический сопроцессор служит для ускоренного выполнения операций над числами с плавающей запятой, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических функций.

· Интерфейсная система МП реализует сопряжение и связь с другими устройствами и включает в себя:

1. внутренний интерфейс МП;

2. буферные запоминающие регистры;

3. схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной.

Системная шина – это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1. между микропроцессором и основной памятью;

2. между микропроцессорами и портами ввода-вывода вешних устройств;

3. между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (режим прямого доступа к памяти).

Вся информация хранится в памяти компьютера – запоминающем устройстве, предназначенном для хранения исходной, промежуточной и конечной информации, а также программ по ее обработке.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – служит для хранения неизменяемой (постоянной) информации, позволяет только считывать информацию. ПЗУ является основным и энергонезависимым, т.е. при отключении питания информация в ней сохраняется.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – служит для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных) в процессе ее обработки. ОЗУ – энергозависимая память, т.е. при отключении питания информация в ней теряется. Основу ОЗУ составляют большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). Конструктивно ОЗУ выполнено в виде отдельных микросхем, расположенных на материнской плате ПК. Объем ОЗУ в современных ПК составляет 128 Мбайт и выше. Имеется возможность наращивания ОЗУ.

В ПК имеется также регистровая КЭШ-память. Это высокоскоростная память сравнительно большой емкости является буфером между ОП и МП. Использование КЭШ – памяти позволяет увеличить скорость выполнения операций. Регистры КЭШ-памяти недоступны для пользователя, отсюда и название КЭШ («тайник» в переводе с английского).

В КЭШ-памяти хранятся данные, которые будут использоваться в ближайшее время. МП, начиная с 486 и выше, имеют встроенную КЭШ-память. Может использоваться дополнительная КЭШ-память, размещаемая на материнской плате вне МП, емкость которой может достигать нескольких десятков мегабайт.

Внешняя память или внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) используется для долговременного хранения любой информации, которая может потребоваться когда-либо для решения задач, отдельно от компьютера.

К внешним запоминающим устройствам (ВЗУ) относятся магнитные диски предназначенные для записи, хранения и считывания информации.

Магнитные диски (МД) относятся к магнитным носителям информации. В качестве запоминающей среды у них используются магнитные материалы со специальными свойствами (прямоугольной петлей гистерезиса), позволяющих фиксировать два магнитных состояния – два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие две двоичные цифры: 0 и 1. Диски бывают жесткими (накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) – винчестер) и гибкими (накопитель на гибком магнитном диске (НГМД) – дискеты). Устройство для чтения и записи информации на магнитном диске называется дисководом.

Информация на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей – дорожек (треков)

Каждая дорожка МД разбита на сектора. Водном секторе обычно 512 байт данных. Обмен данными между ОП и НМД осуществляется последовательно целым числом секторов. Кластер – это минимальная единица размещения информации на диске, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки.

При записи и чтении МД вращается вокруг своей оси, а механизм управления магнитной головкой подволит ее к выбранной дорожке.

Данные на диске храняися в файлах.