Урок 1§1.1. Магистрально-модульный принцип построения компьютераИнструктаж по техники безопасности

Учитель информатики

Что такое магистрально-модульная архитектура? В чём её главное достоинство?

Архитектура, которая легко расширяется за счёт подключения к шине новых устройств, часто называется магистрально-модульной архитектурой.

Урок 1
§1.1. Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Инструктаж по техники безопасности

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Этот принцип предусматривает построение компьютера из функциональных блоков, взаимодействующих посредством общего канала (каналов) — шины. В сочетании с открытой (общеизвестной) архитектурой это позволяет потребителю собирать машину нужной конфигурации.

Магистраль включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии (рис. 1.1). К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных в виде электрических импульсов.

Рис. 1.1. Магистрально-модульное устройство компьютера

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству через области оперативной памяти.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники и в настоящее время составляет 64 бита.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти, т. е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

N = 2 i , где I — разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в процессорах Pentium Extreme Edition составляет 64 бита. Таким образом, количество адресуемых ячеек памяти в таких процессорах равно:

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию — считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами И т. д.

Следующая страница Системная плата

Cкачать материалы урока

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии (рис. 4.1). К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Рис. 4.1. Магистрально-модульное устройство компьютера

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

N = 2I , где I — разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:

N = 236 = 68 719 476 736.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

13) Память персональногокомпьютера

Память компьютера удобно представлять себе в виде последовательности ячеек. Каждая ячейка содержит информацию в количестве один байт (восемь битов). Любая информация хранится в памяти компьютера в виде последовательности байтов. Байты памяти пронумерованы друг за другом, причем номер первого от начала памяти байта равен нулю. Каждая конкретная информация, хранимая в памяти, может занимать один или несколько байтов. Количество байтов, которое занимает та или иная информация в памяти, есть размер этой информации в байтах.

Память состоит из ячеек. Ячейка содержит один байт информации. Размер информации — это количество байтов, занимаемых этой информацией.

Адрес информации — это номер первого из занимаемых этой информацией байтов.

Объем памяти компьютера — это количество содержащихся в ней байтов.

Чем больше объем памяти, тем больше данных и программ она может вместить, тем, соответственно, больше задач можно решить с помощью компьютера.

Обмен данными между центральным процессором и памятью осуществляется с помощью специального устройства, называемого шиной.

Упрощенно шину можно представить себе как набор параллельных проводов, каждый из которых передает один бит информации: 1 или 0. Количество проводов в шине — это ширина шины. Именно ширина шины и есть то количество битов (разрядов), которое определяет количество одновременно передаваемой информации. Чем шире шина (больше ее разрядность), тем больше данных можно передать одновременно, тем быстрее работает компьютер.

Для передачи адресов используется шина адреса, для передачи данных используется шина данных. Естественно, что процесс усовершенствования современных компьютеров включает в себя и переход к более широким шинам.

Таким образом, ширина шины адреса определяет объем доступной памяти компьютера.

Современные IBM-совместимые компьютеры имеют ширину шины адреса 20, 24 или 32 разряда. Компьютеры с 20 — разрядной шиной адреса могут обращаться (адресовать) до 1 Мбайта (= 2²´ байтов) памяти. Компьютеры с 24 — разрядной шиной адреса могут адресоваться уже до 16 Мбайтов (= 2²´ байтов) памяти, а компьютеры с 32-и разрядной шиной адреса — именно они составляют большинство используемых в нашей стране компьютеров — могут адресовать уже до 4 ГбайтОВ (= 2³² байтов) памяти.

Весь объем памяти состоит из трех частей:

· основная (или стандартная) память занимает первые (или, как говорят, нижние) 640 Кбайтов памяти;

· верхняя память занимает 384 Кбайтов памяти: от 640 Кбайтов до 1Мбайта;

· расширенная — это память за пределами 1Мбайта. Первые 64 Кбайта называются областью высокой памяти.

В процессе работы компьютера каждая из этих частей используется для хранения определенных видов программ и данных.

Виды памяти

Вся память компьютера делится на два вида. Первый вид памяти называется оперативной памятью или оперативнвм запоминающим устройством (ОЗУ). В английском языке для такого вида памяти используется сокращение RAM — память с произвольныь доступом. Этот вид памяти имеет такое название потому, что позволяет не только считывать информацию из памяти по указанным адресам, но и записывать информацию в память (т. е. менять содержание памяти). Именно с этой памятью центральный процессор постоянно обменивается информацией при решении компьютером каждой конкретной задачи. Содержимое этого вида памяти не сохраняется при выключении компьютера.

Оперативная память предназначена для чтения и записи информации

Второй вид памяти называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) и характеризуется тем, что позволяет только считывать информацию. Именно поэтому такой вид памяти получил в английском языке название ROM — память только для чтения. Запист в этот вид памяти невозможна. Благодаря этому информация, находящаяся в ROM -памяти, защищена от нарушений и изменений.

Содержимое этого вида памяти сохраняется при выключении компьютера.

Постоянная память предназначена только для чтения информации.

В ПЗУ находятся важные для правильной работы компьютера данные и программы, часть из которых компьютер использует для своей работы сразу после включения.

ПЗУ расположена в верхней памяти, т. е. составляет лишь небольшую часть общего объема памяти компьютера. Большую часть всего объема памяти компьютера занимает ОЗУ.

Кроме перечисленных есть еще один вид памяти, служащий для ускорения работы компьютера. Она называется кэш-памятью (по англ. — тайник) и представляет собой небольшую по объему отдельную память, в которой хранится наиболее часто используемая информация. Время доступа к информации, хранящейся в кэш-памяти, меньше, чем время доступа к этой же информации, хранящейся в других видах памяти компьютера. Механизм кэширования ускоряет работу компьютера, т. е. быстро действующим устройством не приходится ожидать поступления информации от медленно действующих по сравнению с ними видов памяти — информация извлекается из кэш-памяти. Таким образом, кэш-память используется для согласования времени взаимодействия быстрых и медленных устройств.

14) Организацияинформации на внешнем носителе, файловая система: диски, файлы, каталоги.

Информация на внешних носителях имеет файловую организацию.

Файлом называется информация, хранящаяся на внешнем носителе и имеющее собственное имя.

На дисках также есть директорий (справочник, указатель) диска, содержащий имена хранимых файлов, их размеры, время создания и т.д.

Для пояснения смысла этого понятия удобно воспользоваться следующей аналогией: сам носитель информации (диск) подобен книге. Книга состоит из глав (рассказов, разделов и пр.), каждая из которых имеет свое название. Так же и файлы имеют свое название, их называют именами файлов. В начале или конце книги обычно присутствует оглавление – список названий глав. На диске тоже есть такой список, содержащий имена хранимых файлов. Название этого списка – директорий диска (от англ. directory – справочник, указатель). В директории кроме имен файлов указываются их размены в байтах, время создания, а также другая полезная информация.

Файловая система — регламент, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях инфы. Она определяет формат физического хранения инфы, кот принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла, max возможный размер файла, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, напр-р, разграничение доступа или шифрование файлов.

В широком смысле понятие «файловая система» включает:

· совокупность всех файлов на диске,

· наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, напр-р, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,

· комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и др операции над файлами.

Файлы бывают разных типов: обычные файлы, спец файлы, файлы-каталоги.

Обычные файлы подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это доки, исходные тексты прог и т.п. Текстовые файлы м. прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не use ASCII-коды, они часто имеют сложвнутр структуру, напр-р, объектный код проги или архивный файл. Все ОС должны уметь распознавать хотя бы 1 тип файлов — их собственные исполняемые файлы.

Спец файлы — это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, кот позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале прогами файловой системы, а затем на некотор этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующимустр-вом. Спец файлы, так же как и устр-ва ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные.

Каталог — это 1)группа файлов, объединенных пользователем исходя из некотор соображений, 2) файл, содержащий системную инфу о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их хар-ками (атрибутами).

Файловая система — это система хранения файлов и организации каталогов.

Магистрально-модульный принцип построения компью­тера

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) прин­цип обмена информацией между устройствами.

Магистраль (системная шина) включает в себя три много­разрядные шины, которые представляют собой многопроводные линии (рис. 2.4.) :

· :шину данных,

· шину адреса и

· шину управ­ления,

Рис. 9. Магистрально-модульное устройство компьютера Упрощенно можно понимать магистраль как пучок проводов , к которому подключены все компоненты. К магистрали подключаются процессор и опера­тивная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются ин­формацией на машинном языке (последовательностями ну­лей и единиц в форме электрических импульсов)

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из опера­тивной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправле­ны обратно в оперативную память для хранения. Таким об­разом, данные но шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, кото­рые могут обрабатываться или передаваться процессором од­новременно. Разрядностьпроцессоров постоянно увеличива­ется по мере развитиякомпьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес переда­ется по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина). Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобай­товых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уни­кальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти мож­но рассчитать по формуле:

N = 2 1 , где / — разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресу­емых ячеек памяти равно:

N = 2 36 = 68 719 476 736.

Шина управления. По шине управления передаются сиг­налы, определяющие характер обмена информацией по ма­гистрали. Сигналы управления показывают, какую опера­цию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

К магистрали, которая представляет собой три различ­ные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных элек­трическими импульсами. Многие необходимые дополнительные устройства интег­рированы в современные материнские (системные) платы: сетевая карта, внутренний модем, сетевой адаптер беспро­водной связи Wi-Fi, контроллер IEEE 1394 для подключе­ния цифровой видеокамеры, звуковая плата и др. Раньше эти устройства подключались к материнской плате с помо­щью слотов расширения и разъемов.

Принтер, т.е. печатающее устройство предназначен для вывода информации на бумагу. Как правило, применяются принтеры трех типов.

Матричные принтеры(Рис.18). Главная деталь таких принтеров — печатающая головка с тонки­ми иголочками (рис. 19). Каждую иголочку выдвигает вперед свой электромагнит, когда по его катушке проходит импульс тока. В головке расположены вер­тикально 9 иголочек одна над другой. Выдвигаясь, иголочки ударяют по красящей ленте и оставляют на бумаге точку. При печати головка мелкими шажками движется слева направо, после каждого шага печатая очередную колонку точек.

Отличие от обычного ксерокопировального аппарата состоит в том, что печатающий барабан электризуется с помощью лазера по командам компьютера (рис.22).

Достоинство лазерных принтеров- высокие скорости печати (до 10 и более страниц в минуту) и разрешающая способность.

Звуковая карта. Производит преобразова­ние звука из аналоговой формы в цифровую. Для ввода зву­ковой информации используется микрофон, который под­ключается к входу звуковой карты. Звуковая карта имеет также возможность синтезировать звук (в ее памяти хранят­ся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить).

Многие звуковые платы имеют специальный игровой порт (GAME-порт), к которому подключаются игровые ма­нипуляторы (джойстики), которые предназначены для более удобного управления ходом компьютерных игр.

Как устроен центральный процессор?

Магистрально-модульный принцип построения ПК предполагает, что существует не только архитектура, составляемая из трех шин. Материнская плата, безусловно, объединяет разрозненные компьютерные детали в единое целое, благодаря чему мы на выходе получаем стабильную работу компьютера или ноутбука, другого устройства подобного рода. Но именно центральный процессор задает единую частоту, на которой будет работать вся система. Не будь его – и каждый отдельный элемент, каждая отдельная деталь работала бы на своей частоте и со своим интервалом времени. И что тогда? Тогда быстродействие компьютера было бы снижено в огромное количество раз, а его работа оказалась бы просто бессмысленной.

Центральный процессор представляет собой микросхему (или же электронный блок). Он занимается исполнением машинного кода, на котором пишутся те или иные программы. Если угодно, то центральный процессор исполняет инструкции, которые определяют работу компьютера как одного целого механизма. ЦПУ можно по праву назвать самым главным элементом аппаратного компьютерного обеспечения. Он также имеет место и в случае программирующих логических контроллеров. Иногда ЦП называют также микропроцессором.

Проводя аналогию с человеческим организмом, можно сказать, что центральный процессор есть не что иное, как “мозг”. Только он может выдать разрешение на выполнение той или иной программы. Он, наряду с материнской платой, командует тем, что происходит в компьютере, какие элементы подключаются к выполнению определенного задания, а какие – отключаются или перенаправляются на решение других задач.