Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


—остав персонального компьютера




 

–ассмотрим состав и назначение основных блоков Ё¬ћ на примере настольного персонального компьютера (ѕ  или PC Ц personal computer) архитектуры x86-64. ¬нешний вид такого ѕ  за последние дес€ть лет не претерпел существенных изменений, если, конечно, это не ультрасовременный моноблок, планшет или ноутбук. ћинимальный набор необходимых дл€ работы устройств по-прежнему включает системный блок и внешние (периферийные) устройства: монитор (дисплей) и клавиатуру. —овременный компьютер чаще всего имеет в своЄм составе также манипул€тор-мышь и звуковые колонки.

—истемный блок Ц корпус, в котором размещены основные электронные компоненты или модули ѕ . »ногда, особенно в магазинах, именно его и называют компьютером, так как монитор продаЄтс€ отдельно. “ипоразмеры корпуса бывают двух основных видов:

- вертикального расположени€ (tower Ц башн€), разновидности: baby-tower, mini-tower, midi-tower, big-tower;

- горизонтального расположени€ (desktop), разновидности: small-footprint, slimline, (ultra) superslimline.

—остав системного блока (рис. 4.3):

- системна€ (или материнска€) плата (motherboard) с расположенными на ней электронными компонентами, платами и разъЄмами;

- накопители или приводы дл€ сменных накопителей;

- блок питани€ (Ѕѕ).

 

 

–ис. 4.3. —остав ѕ 

 

Ѕлок питани€ смонтирован вместе с корпусом системного блока. ћощность блока питани€ варьируетс€ в зависимости от типа корпуса Ц от 100Ц150 ¬т (slim) до 300Ц330 ¬т (big tower), выпускаютс€ и более мощные модели 500 и даже 800 ¬т.

Ќа материнской плате размещаютс€ все внутренние устройства компьютера (без которых компьютер принципиально не может работать Ц процессор и пам€ть), а также интегрируетс€ всЄ больше устройств, относ€щихс€ к внешним (аудио-, видео-, сетевой и другие интерфейсные контроллеры).

“ип и характеристики различных элементов и устройств материнской платы, как правило, определ€етс€ типом и архитектурой центрального процессора.  ак правило, именно центральный процессор или процессоры, их семейство, тип, архитектура и исполнение определ€ют тот или иной вариант архитектурного исполнени€ материнской платы.

ѕо числу процессоров, составл€ющих центральный процессор, различают однопроцессорные и многопроцессорные (мультипроцессорные) материнские платы. Ѕольшинство персональных компьютеров €вл€ютс€ однопроцессорными системами и комплектуютс€ однопроцессорными материнскими платами.

÷ентральный процессор (÷ѕ, или CPU Ц Central Processing Unit) современного компьютера Ц микропроцессор (ћѕ) Ц функционально законченное программно-управл€емое устройство обработки информации, выполненное на одной или нескольких —Ѕ»—. »менно процессор выполн€ет в соответствии с программой обработку информации и управление устройствами компьютера. ¬ составе микропроцессора объедин€ютс€ шиной уже знакомые нам јЋ” и ””, а также регистры микропроцессорной пам€ти (ћѕѕ), часто имеетс€ кэш-пам€ть и математический сопроцессор чисел с плавающей зап€той. “актова€ частота процессора может существенно превосходить частоту системной шины и получатьс€ из неЄ путЄм умножени€. „астоту шины задаЄт генератор тактовых импульсов (√“»), а процессора Ц его внутренний умножитель частоты.

ќсновные функции микропроцессора:

- выборка команд из пам€ти;

- декодирование команд, т.е. выделение из машинной команды кода операции и операндов, определение еЄ назначени€;

- выполнение операций, закодированных в командах;

- управление передачей информации между своими регистрами пам€ти, оперативной пам€тью и внешними устройствами;

- обработка прерываний (запрос на обработку по требованию внешнего устройства или при выполнении программы, например, переполнение).

—реди регистров ћѕѕ следует отметить счЄтчик адреса команд (автовычисление адреса следующей команды), регистр состо€ни€ (флаговый регистр Ц переполнение, ноль, знак результата), указатель стека (последний вошЄл Ц первый вышел, не€вна€ адресаци€), регистры общего назначени€ (хранение различных данных, работа с ними быстрее, чем с пам€тью).

¬ современных персональных компьютерах разных фирм примен€ютс€ процессоры двух основных архитектур:

- полна€ система команд переменной длины Ц Complex Instruction Set Computer (CISC);

- сокращЄнный набор команд фиксированной длины Ц Reduced Instruction Set Computer (RISC).

¬есь р€д процессоров фирмы Intel, устанавливаемых в персональные IBM-совместимые компьютеры, имеют архитектуру CISC, а процессоры Motorola, используемые фирмой Apple дл€ своих персональных компьютеров, имеют архитектуру RISC. ќбе архитектуры имеют свои преимущества и недостатки.

CISC-процессоры имеют обширный набор команд (сотни), из которых программист может выбирать наиболее подход€щие дл€ решени€ задачи. Ќедостатком этой архитектуры €вл€етс€ то, что большой набор команд усложн€ет внутреннее устройство управлени€ процессором, увеличивает врем€ исполнени€ команды на микропрограммном уровне.  оманды имеют различную длину и врем€ исполнени€.

RISC-архитектура имеет ограниченный набор команд, и кажда€ команда выполн€етс€ за один такт работы процессора. Ќебольшое число команд упрощает устройство управлени€ процессора.   недостаткам RISC-архитектуры можно отнести то, что если требуемой команды в наборе нет, программист (а точнее компил€тор) вынужден реализовать еЄ с помощью нескольких команд из имеющегос€ набора, увеличива€ размер программного кода.

ѕроцессоры дл€ ѕ  выпускают многие фирмы, но законодателем моды здесь €вл€ютс€ фирмы Intel и AMD (Advanced Micro Devices). ќдним из приоритетных направлений увеличени€ производительности признано увеличение количества вычислительных €дер процессора, содержащихс€ в одном корпусе. ћного€дерные процессоры способны осуществл€ть независимое параллельное выполнение нескольких потоков команд одновременно.

ќдним из представителей последних моделей производительных процессоров семейства Intel Core i7 третьего поколени€ €вл€етс€ Intel Core i7-3970X Processor Extreme Edition. Ётот самый мощный (на сегодн€ сент€брь 2012 г.) шести€дерный процессор дл€ настольных ѕ  можно охарактеризовать следующими параметрами:

- “актова€ частота Ц 3,5 (с технологией Turbo Boost Ц 4,0) √√ц;

-  еш пам€ть (технологи€ Smart Cache) Ц 15 ћЅ;

- –азр€дность Ц 64 бит;

- –азмер корпуса Ц 52,5 на 45 мм;

-  оличество транзисторов Ц 2,27 млрд.;

- “ип разъЄма материнской платы Ц FCLGA2011;

- “ехнологи€ Hyper-Threading (гиперпоточность) Ц позвол€ет каждому €дру процессора одновременно выполн€ть две задачи (два потока команд), в результате чего шесть физических €дер определ€ютс€ операционной системой как 12 виртуальных;

- “ехнологи€ виртуализации VT (Virtualization Technology) Ц поддержка нескольких операционных систем на одном компьютере;

- “ехнологи€ Turbo Boost Ц автоматически ускор€ет работу процессора при необходимости за счЄт Ђпередачиї неиспользуемых ресурсов производительности активным €драм (путЄм повышени€ их тактовой частоты свыше номинальной);

- “ехнологи€ SpeedStep Ц энергосбережение за счЄт динамического изменени€ частоты и энергопотреблени€ процессора в зависимости от используемого источника питани€.

 

ќдна из последних разработок фирмы AMD Ц Ђпервый в мире реально восьми€дерный процессор дл€ ѕ ї AMD FX 8350 (8-Core Black Edition), имеет во многом сходные в сравнении с представленным процессором Intel характеристики. —тоимость процессоров AMD может оказатьс€ на 10% дешевле аналогичных процессоров Intel. ќднако многие разработчики программ отдают предпочтение спецификаци€м процессоров Intel, поэтому не все программы оптимизированы дл€ работы на процессорах AMD, хот€ дл€ обычного пользовател€ эта разница может быть и незаметна.

ќперативным запоминающим устройством (ќ«”, или RAM Ц Random Access Memory) называетс€ пам€ть с произвольным (и чтение, и запись) доступом. ќперативна€, т.е. рабоча€, пам€ть предназначена дл€ хранени€ исполн€емых программ и соответствующих им данных. —тандартный размер адресуемой €чейки ќ«” равн€етс€ одному байту. »нформаци€ в ќ«” сохран€етс€ всЄ врем€, пока на схемы пам€ти подаЄтс€ питание, т.е. она €вл€етс€ энергозависимой.

—уществует два вида ќ«”, отличающиес€ техническими характеристиками: динамическое ќ«”, или DRAM (Dynamic RAM), и статическое ќ«”, или SRAM (Static RAM). –азр€д динамического ќ«” построен на одном транзисторе и конденсаторе, наличие или отсутствие зар€да на котором определ€ет значение, записанное в данном бите. ѕри записи или чтении информации из такой €чейки требуетс€ врем€ дл€ накоплени€ (стекани€) зар€да на конденсаторе. ѕоэтому быстродействие динамического ќ«” на пор€док ниже, чем у статического ќ«”, разр€д которого представл€ет собой триггер на четырЄх или шести транзисторах. ќднако из-за большего числа элементов на один разр€д в одну —Ѕ»— статического ќ«” помещаетс€ гораздо меньше элементов, чем у динамического ќ«”. Ќапример, современные —Ѕ»— динамических ќ«” способны хранить 256Ц1024 ћбайт информации, а схемы статических ќ«” только 256Ц512  байт.  роме этого, статические ќ«” более энергоЄмки и значительно дороже. ќбычно в качестве оперативной или видеопам€ти используетс€ динамическое ќ«”.

—татическое ќ«” используетс€ в качестве небольшой буферной сверхбыстродействующей пам€ти. Ёта пам€ть называетс€ кэш-пам€тью (от англ. cache Ц запас). ¬рем€ обращени€ к данным в кэш-пам€ти на пор€док ниже, чем у ќ«”, и сравнимо со скоростью работы самого процессора. «апись в кэш-пам€ть осуществл€етс€ параллельно с запросом процессора к ќ«”. ƒанные, выбираемые процессором, одновременно копируютс€ и в кэш-пам€ть. ≈сли процессор повторно обратитс€ к тем же данным, то они будут считаны уже из кэш-пам€ти. “ака€ же операци€ происходит и при записи процессором данных в пам€ть. ќни записываютс€ в кэш-пам€ть, а затем в интервалы, когда шина свободна, переписываютс€ в ќ«”.

—овременные много€дерные процессоры имеют встроенную кэш-пам€ть, котора€ находитс€ внутри корпуса процессора и раздел€етс€ на несколько уровней. —амой быстрой пам€тью, работающей на частоте процессора, €вл€етс€ кэш первого уровн€ (L1-cache). ѕо сути, она €вл€етс€ неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. ѕодраздел€етс€ на кэш команд и кэш данных.  эш первого уровн€ имеет небольшой объЄм Ц обычно не более 128  байт.  эш-пам€ть второго уровн€ имеет уже меньшее быстродействие, но больший объЄм Ц единицы ћбайт, при этом весь объЄм складываетс€ из равных долей кэша каждого €дра. », наконец, кэш третьего уровн€ €вл€етс€ наименее быстродействующей микропроцессорной пам€тью, но всЄ равно значительно превосход€щей по быстродействию оперативную пам€ть.  эш третьего уровн€ обычно расположен отдельно от €дра ÷ѕ, достигает объЄма в дес€тки ћбайт и €вл€етс€ общим дл€ всех €дер, при этом каждое €дро процессора может динамически использовать до 100 % от доступного объЄма кэш-пам€ти.

”правление записью и считыванием данных в кэш-пам€ть выполн€етс€ автоматически.  огда кэш-пам€ть полностью заполн€етс€, то дл€ записи последующих данных устройство управлени€ кэш-пам€ти по специальному алгоритму автоматически удал€ет те данные, которые реже всего использовались процессором на текущий момент. »спользование процессором кэш-пам€ти увеличивает производительность процессора, особенно в тех случа€х, когда происходит последовательное преобразование относительно небольшого числа данных, которые посто€нно во врем€ преобразовани€ хран€тс€ в кэш-пам€ти.

¬ одном адресном пространстве с ќ«” находитс€ специальна€ пам€ть, предназначенна€ дл€ посто€нного хранени€ таких программ, как тестирование и начальна€ загрузка компьютера, управление внешними устройствами. ќна €вл€етс€ энергонезависимой, т.е. сохран€ет записанную информацию при отсутствии напр€жени€ питани€. “ака€ пам€ть называетс€ посто€нным запоминающим устройством (ѕ«”) или ROM (Read Only Memory). ѕосто€нные запоминающие устройства можно разделить по способу записи в них информации на следующие категории:

- ѕ«”, программируемые однократно. ѕрограммируютс€ при изготовлении и не позвол€ют измен€ть записанную в них информацию;

- перепрограммируемые ѕ«” (ѕѕ«”). ѕозвол€ют перепрограммировать их многократно. —тирание хран€щейс€ в ѕѕ«” информации осуществл€етс€ или засветкой полупроводникового кристалла ультрафиолетовым излучением, или электрическим сигналом повышенной мощности.

—истемна€ (обща€) шина обеспечивает обмен информацией между функциональными узлами. ќбща€ шина делитс€ на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шина адреса, шина данных, шина управлени€.  ажда€ шина характеризуетс€ шириной или разр€дностью Ц числом параллельных проводников дл€ передачи информации. ƒруга€ важна€ характеристика Ц тактова€ частота шины, на которой работает контроллер шины при управлении передачей информации.

Ўина адреса предназначена дл€ передачи адреса €чейки пам€ти или порта ввода-вывода. Ўирина шины адреса определ€ет максимальное количество €чеек, которое она может адресовать напр€мую. ≈сли ширина шины адреса равна N, то количество адресуемой пам€ти равно 2 N. Ўина данных предназначена дл€ передачи команд и данных. ¬ современных компьютерах по шестидес€тичетырЄхразр€дной шине данных за один такт передаЄтс€ 8 байт информации. Ўирина шины управлени€ зависит от типа шины и алгоритма еЄ работы или, как говор€т, протокола работы шины.

ѕримерный протокол работы системной шины состоит из четырЄх пунктов. ѕервый такт Ц процессор выставл€ет на шину адреса адрес €чейки пам€ти или порта внешнего устройства и устанавливает на шине управлени€ сигналы, определ€ющие тип обмена. Ќа втором такте работы процессор получает сигнал готовности выбранного устройства к приЄму или передаче информации. ≈сли сигнал готовности не получен, второй такт может повтор€тьс€ бесконечное число раз. Ќа третьем такте процессор или открывает шину дл€ приЄма данных, или, при записи, выставл€ет на шину данных передаваемую информацию. Ќа четвЄртом такте происходит обмен информацией, и работа протокола передачи заканчиваетс€.

ѕриведЄм основные типы шин, используемых в компьютерах, и их характеристики.

PCI (Peripheral Component Interconnect Ц стандарт подключени€ внешних компонентов) примен€етс€ в настольных компьютерах. Ёто интерфейс шины, св€зывающей процессор с оперативной пам€тью, в которую врезаны разъЄмы дл€ подключени€ внешних устройств. ƒанный интерфейс поддерживает частоту шины 33 ћ√ц и обеспечивает пропускную способность 132 ћбайт/с. ѕоследующие версии интерфейса с частотой шины 66 ћ√ц обеспечивают пиковую производительность 264 ћбайт/с дл€ 32-разр€дных данных и 528 ћбайт/с дл€ 64-разр€дных данных (при частоте 66,66 ћ√ц Ц 533 ћбайт/с). ¬ажным нововведением стала поддержка так называемого режима plug-and-play, сформировавшегос€ в промышленный стандарт на самоустанавливающиес€ устройства. ѕосле физического подключени€ внешнего устройства к разъЄму шины PCI происходит обмен данными между устройством и материнской платой, и устройство автоматически получает номер используемого прерывани€, адрес порта подключени€ и номер канала пр€мого доступа к пам€ти (в отличие от устаревшей шины ISA, где настройка прерываний осуществл€лась переключател€ми на карте адаптера).

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) примен€етс€ в переносных компьютерах класса ноутбук и имеет параметры, сравнимые с параметрами шины PCI.

AGP (Accelerated Graphics Port) Ц локальна€ шина, введЄнна€ дл€ повышени€ производительности графической подсистемы компьютера, позвол€ет организовать непосредственную св€зь видеоконтроллера и оперативного запоминающего устройства. »меет конвейерную организацию выполнени€ операций чтени€/записи, что позвол€ет избежать задержек при обращении к модул€м пам€ти. ѕри установке режима параллельной передачи восьми блоков за один такт обеспечиваетс€ пикова€ скорость передачи 2112 ћбайт/с. ¬ насто€щее врем€ дл€ увеличени€ производительности видеосистемы используетс€ нова€, более быстра€ и прогрессивна€ шина PCI Express.

PCI Express, в общем случае, €вл€етс€ пакетной сетью с топологией типа звезда. ¬ отличие от шины PCI, использовавшей дл€ передачи данных общую шину, устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напр€мую св€зано соединением типа точка-точка с коммутатором.  аждое соединение обладает пропускной способностью до 250 ћбайт/с. Ёта величина обеспечиваетс€ в обоих направлени€х одновременно, что составл€ет 0,5 √байт/с дл€ каждого соединени€ (в спецификации PCI Express 2.0 Ц 1 √байт/с) независимо от общего количества подключений.  роме того, важной особенностью €вл€етс€ масштабирование, т.е. возможность одновременного использовани€ нескольких каналов сразу дл€ получени€ соответствующей производительности. “ак, пропускна€ способность PCI Express 2.0 со слотом ´32 составл€ет 32 √байт/с.

 онтроллеры (адаптеры) служат дл€ подключени€ внешних (по отношению к процессору) устройств к системной шине. ¬ современных компьютерах контроллеры клавиатуры, накопителей на жЄстких и гибких магнитных дисках (Ќ∆ћƒ и Ќ√ћƒ соответственно), накопителей на оптических дисках (Ќќƒ), аудио-, видео- и сетевые адаптеры чаще всего располагаютс€ на системной плате. Ќабор микросхем, определ€ющих возможности системной платы (а также реализующих функции контроллеров и портов), называют чипсетами (Chipsets). ƒл€ подключени€ дополнительных контроллеров на системной плате имеютс€ соответствующие стандарту шины разъЄмы (слоты расширени€).

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-01-29; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1631 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

ƒаже страх см€гчаетс€ привычкой. © Ќеизвестно
==> читать все изречени€...

531 - | 402 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.025 с.