Файл: В россии в xvixvii веках появилось намного более передовое изобретение.docx

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров.

С точки зрения потребителей, процессоры характеризуются двумя основ­ными параметрами: разрядностью и быстродействием.

 Разрядность опреде­ляет, прежде всего, количество разрядов обрабатываемых процессором данных.

Быстродействие процессора зависит от ряда факторов, среди которых основ­ными являются тактовая частота  - величина, обратная количеству эле­ментарных действий процессора за одну секунду, и количество тактов, затра­чиваемых на выполнение одной команды;

В современных персональных компьютерах различных фирм применяют­ся процессоры двух основных архитектур:

• 
  полная система команд переменной длины - ComplexInstructionSetComputer (CISС);
  
• 
  сокращенный набор команд фиксированной длины - RedukedInstructionSetComputer(RISС).
  

Обе архитектуры имеют свои преимущества и недостатки.

CISС - процессоры имеют обширный набор команд, что позволяет программисту выбрать наи­более подходящую в данном случае. Недостатком этой архитектуры является сложное внутреннее устройство процессоров и увеличенное время выполне­ния микрокоманды на микропрограммном уровне. Команды имеют разную длину и время исполнения.

Процессор  RISС – архитектуры работает необычайно быстро и способен выполнить любую из своих немногочисленных команд за один машинный такт, в то время как обычно на выполнение простой операции требуется 4—5 тактов. Так как  RISС - архитектура оперирует очень ограниченным набо­ром команд, то если нужной команды не оказывается, ее приходится реализовывать с помощью нескольких команд из имеющегося набора, что увели­чивает размер командного кода.

Микропроцессор осуществляет следующие основные функции:

• 
  выборку команд из ОЗУ;
  
• 
  декодирование команд, т. е. определение их назначения;
  
• 
  выполнение операции, закодированных в командах;
  
• 
  управление пересылкой информации между своими внутренними регист­рами, оперативной памятью и внешними устройствами;
  
• 
  обработку процессорных и программных прерываний;
  
• 
  обработку сигналов от внешних устройств и реализацию соответствую­щих прерываний;     
  
• 
  управление различными устройствами, входящими в состав компьютера.
  

---

Каналы и интерфейсы ввода и вывода

Оперативное запоминающее устройство

Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), или RАМ ( Random Access Меmогy) — памятью со свободным доступом. ОЗУ позволяет записывать и считывать информацию из адреса памяти, обращаясь к нему по его номеру. Адрес памяти имеет стандартное число двоичных разрядов, обычно размер ячейки ОЗУ равен одному байту. Информация в ОЗУ сохраняется все время, пока на схему памяти подается питание, т. е. она является энергозависимой.

Существуют два вида ОЗУ: динамическое ОЗУ, или DRАМ (Dinamic RАМ) и статическое ОЗУ, или SRАМ (Static RAM).

 Разряд динамического ОЗУ построен на одном транзисторе и конденсаторе и представляет инфор­мационный бит. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают специ­альные устройства. Этот процесс называется регенерацией памяти. При записи или чтении из такого устройства требуется время для накопления или стекания заряда на конденсаторе. Поэтому быстродействие динамического ОЗУ на порядок, ниже, чем у статического. Статическая (или кэш-память, cache— запас) работает практически с той же скоростью, что и процессор. Конструктивно элемент статической памяти представляет собой триггер на четырех или шести транзисторах. Кэш-память может быть как встроенной в процессор, так и отдельной от него микросхемой, устанавливаемой на сис­темной плате. Емкость статических ОЗУ значительно меньше, чем у динами­ческих, кроме того, они более энергоемки и значительно дороже. Обычно статическое ОЗУ используется в качестве небольшой буферной сверхбыст­родействующей памяти. В современных процессорах кэш-память делится на уровни. На кристалле самого процессора находится кэш-память первого уровня, она имеет емкость 16т—128 Кбайт и скорость, равную скорости про­цессора. В корпусе процессора на отдельном кристалле находится кэш­-память второго уровня объемом 256 Кбайт и более. Наконец, память третьего уровня расположена на системной плате, ее емкость может достигать 1000 Мбайт.

В одном адресном пространстве с ОЗУ находится специальная память, предназначенная для постоянного хранения таких программ, как тестирова­ние и начальная загрузка компьютера

---

, управление внешними объектами. Эта память называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) или RОМ (ReadOnlyMemori ) и является энергонезависимой.

Бывают два вида ПЗУ: программируемое однократно и перепрограммируемое ПЗУ.  Память, первого типа не позволяет изменять записанную в нее информацию, из такой памяти можно только читать. Память второго типа допускает многократную перезапись своего содержимого, стирание хранящейся информации осущест­вляется электрическим сигналом повышенной мощности.

 Внутренние шины передачи данных

Шина— это устройство, обеспечивающее связь центрального процессора с периферийными устройствами компьютера.

 Существуют общая и перифе­рийные шины. Общая шина делится на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шину адреса, шину данных и шину управления. Каждая шина характеризуется числом параллельных проводников для передачи ин­формации. Эта характеристика называется шириной шины.

Другой важной характеристикой является тактовая частота шины — это частота формиро­вания циклов передачи, информации. На этой частоте работает контроллер шины.

Шина адреса предназначена для передачи адреса памяти или адреса порта ввода/вывода. Если ширина шины равна  п, токоличество адресуемой памяти равно 2ⁿ. Шина данных передает команды и данные, ее ширина составляет обычно 32 - 64 проводников.

Ширина шины управления определяется алго­ритмом ее работы или иначе протоколом работы шины. Примерный прото­кол работы шины таков. Первый такт работы инициируется процессором, который выставляет на шину адреса адрес внешнего порта или адрес памяти и управляющие сигналы, определяющие вид обмена. На втором такте про­цессор ждет от устройства сигнала о готовности к приему или передаче ин­формации. Второй такт может повторяться до тех пор, пока не будет получен сигнал о готовности устройства. На третьем такте процессор выставляет на шину данных передаваемую информацию при записи или открывает шину данных для приема информации. Наконец, на четвертом такте происходит собственно обмен.

Для повышения производительности центрального процессора и всего компьютера в целом включаются дополнительные шины, связывающие на­прямую процессор и отдельные наиболее быстродействующие устройства.

В персональных компьютерах фирмы IBM применяются общие шины, имеющие следующие характеристики:

• 
  общая шина РСI ( Peripheral Component Interconnect ) c тактовой частотой 66 МГц, шириной шины адреса — 32, шины данных — 64 разряда, пропу­скной способностью 528 Мбайт/с;
  
• 
  общая шина РСМIСА ( Personal Computer Card International Association ) с параметрами, аналогичными шины РСI . Используется в перенос­ных компьютерах класса ноутбук.
  

---

 

Периферийные устройства

Внешние запоминающие устройства

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) обеспечивают долговременное хранение программ и данных. Все эти устройства обладают большим объе­мом сохраняемой информации и являются энергонезависимыми. Устройства внешней памяти весьма разнообразны. Их можно классифицировать по це­лому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, методу доступа и т. п.

Наиболее распространены следующие типы ВЗУ:

• 
  накопители на магнитных дисках (НМД):
  
• 
  накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
  
• 
  накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);
  
• 
  накопители на магнитных лентах (НМЛ);
  
• 
  накопители на оптических дисках (НОД).
  

У магнитных дисков в качестве запоминающей среды используются маг­нитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса, позволяющие фик­сировать два магнитных состояния, т. е. два (противоположных) направления намагниченности. Устройство для чтения и записи информации на магнит­ном диске называется дисководом. Все магнитные диски характеризуются своим диаметром. Этот параметр называется форм-фактором. Информация на диск записывается и считывается магнитной головкой, которая перемеща­ется радиально с фиксированным шагам, а сам диск при этом вращается во­круг своей оси с переменной угловой скоростью, с постоянной линейной ( рис. 3.5.). Информация на диске расположена на концентрических окружно­стях— дорожках (треках). Количество дорожек и их емкость зависит от типа магнитного диска, качества головок и магнитного покрытия. Каждая дорожка разбита на сектора. В одном секторе дорожки может быть помещено 128, 256, 512 или 1024 байта (обычно 512) данных. Обмен данными осуществля­ется последовательно целым числом секторов.

Кластер — это минимальная единица размещения информации на диске, состоящая из одного или не­скольких смежных секторов дорожки. Поле памяти, отводимое каждому файлу, выделяется кратным определенному количеству кластеров, которые могут находиться в любом свободном месте дисковой памяти и необязатель­но являться смежными.

Файлы, хранящиеся в разбросанных по диску класте­рах, называются 

---

фрагментированными.



 Рис. 3.5. Структура поверхности магнитного диска

Физическая структура диска определяется количеством дорожек и числом лекторов на каждой дорожке. Она задается при форматировании диска по специальной программе.

Кроме физической структуры различают еще и ло­гическую структуру диска. Логическая структура определяется файловой системой, реализованной на диске. Эта структура подразумевает выделение некоторого количества секторов для выполнения служебных функций раз­мещения файлов и каталогов на диске.

Основа дисков изготавливается из алюминия и керамики, на которые на­носится магнитный слой. Магнитные диски бывают гибкими и жесткими.

Гибкий диск или дискета — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения. Гибкие диски имеют объ­ем хранимой информации 1.44 - 2.88 Мбайт. Наибольшее распространение получили гибкие диски с форм-фактором 3.5 дюйма, но существуют диски с форм-факторами 5.25 и 1.8 дюйма.

Накопители на жестких дисках — это наиболее массовое запоминающее устройство большой емкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — плоттеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используются для постоянного хранения информации — программ и данных. Такие диски получили название "винчестер". Этот термин возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт ( IBM ,1973 год), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром "30/30" извест­ного охотничьего ружья фирмы "Винчестер".

В настоящее время использу­ются диски с объемом 120 000 - 160 000 Мбайт, причем это значение посто­янно увеличивается. Максимальная емкость и скорость передачи данных существенно зависят от интерфейса накопителя. Для повышения скорости обмена данными некоторые жесткие диски имеют свою кэш-память, которая может быть встроенной в дисковод или создаваться программным путем в оперативной памяти.

Накопители на магнитных лентах исторически были первыми ВЗУ вы­числительных машин. В универсальных ЭВМ используются накопители на бобинной магнитной ленте, а в персональных ЭВМ — накопители на кассет­ной магнитной ленте. Кассеты с магнитной лентой называются 

---