Файл: Вариант 7. Устройство персонального компьютера (Устройство пк, его основные блоки и их назначение).pdf

- графопостроители (плоттеры) — для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают век­торные с. вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термогра­фические, электростатические, струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделяются на планшетные и барабанные. Основные характеристики всех плотте­ров примерно одинаковые: скорость вычерчивания — 100 - 1000 мм/с, у лучших моде­лей возможны цветное изображение и передача полутонов; наибольшая разрешающая способность и четкость изображения у лазерных плоттеров, но они самые дорогие.

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с прибора­ми и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры передачи данных, модемы).

В частности, показанный на рис. 1 сетевой адаптер является внешним ин­терфейсом ПК и служит для подключения его к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети. В глобальных сетях функции се­тевого адаптера выполняет модулятор-демодулятор.

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе — средствам мультимедиа.

К средствам мультимедиа относятся устройства речевого ввода и вывода информации; широко распространенные уже сейчас сканеры (поскольку они позволяют автоматически вводить в компьютер печатные тексты и рисунки); высококачественные видео- (video-) и звуковые (sound-) платы, платы видеозахвата (videograbber), снимающие изображение с ви­деомагнитофона или видеокамеры и вводящие его в ПК; высококачественные акустические и видеовоспро из водящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видео­экранами. Но, пожалуй, еще с большим основанием к средствам мультимедиа относят внешние запоминающие устройства большой емкости на оптических дисках, часто исполь­зуемые для записи звуковой и видеоинформации.

Большинство программных средств самого разного назначения поставляется на CD. На ком­пакт-дисках за рубежом организуются обширные базы данных, целые библиотеки; на CD представлены словари, справочники, энциклопедии; обучающие и развивающие программы по общеобразовательным и специальным предметам.

CD-ROM открывает доступ к огромным объемам разнообразной и по функциональному назначению, и по среде воспроизведения информации, записанной на компакт-дисках.

Дополнительные схемы. К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные воз­можности микропроцессора: математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Математический сопроцессор широко используется для ускоренного вы­полнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодирован­ными десятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических, функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно (совмещение во времени) с основным МП, но под управлением пос­леднего. Ускорение операций происходит в десятки раз. Последние модели МП, начиная с МП 80486 DX, включают сопроцессор в свою структуру.

Контроллер прямого доступа к памяти освобождает МП от прямого управления накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает эффективное быстродействие ПК. Без этого контроллера обмен данными между ВЗУ и ОЗУ осуществля­ется через регистр МП, а при его наличии данные непосредственно передаются между ВЗУ и ОЗУ, минуя МП.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних уст­ройств (дисплей, принтер, НЖМД, НГМД и др.); освобождает МП от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.

Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний.

Прерывания возникают при работе компьютера постоянно [4]. Достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям, например, преры­вания от таймера возникают и обслуживаются контроллером прерываний 18 раз в секунду (естественно, пользователь их не замечает).

Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. МП, получив этот сигнал, приостанавливает выполне­ние текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы об­служивания восстанавливается выполнение прерванной программы. Контроллер прерыва­ний является программируемым.

2. структура микропроцессора

2.1. Устройство управления

Устройство управления является функционально наиболее сложным устройст­вом ПК. Оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам ин­струкций во все блоки машины.

Упрощенная функциональная схема УУ показана на рисунке 2. Здесь представлены: Регистр команд — запоминающий регистр, в котором хранится код команды: код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции. Регистр команд расположен в интерфейсной части МП, в блоке регистров команд.

Дешифратор операций —логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из множества имеющихся у него выходов.

Рис. 2. Укрупненная функциональная схема устройства управления

Постоянное запоминающее устройство микропрограмм —хра­нит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК операций обработки информации. Импульс по выбранному дешифратором опе­раций в соответствии с кодом операции считывает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов.

Узел формирования адреса (находится в интерфейсной части МП) — уст­ройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступаю­щим из регистра команд и регистров МПП.

Кодовые шины данных, адреса и инструкций — часть внутренней интерфейсной шины микропроцессора. В общем случае УУ формирует управляющие сиг­налы для выполнения следующих основных процедур:

- выборки из регистра-счетчика адреса команды МПП адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;

- выборки из ячеек ОЗУ кода очередной команды и приема считанной команды в ре­гистр команд;

- расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

- считывания из соответствующих расшифрованному коду операции ячеек ПЗУ микро­программ управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках машины процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки;

- считывания из регистра команд и регистров МПП отдельных составляющих адресов операндов (чисел), участвующих в вычислениях, и формирования полных адресов операндов;

- выборки операндов (по сформированным адресам) и выполнения заданной операции обработки этих операндов;

- записи результатов операции в память;

- формирования адреса следующей команды программы.

2.1. Микропроцессорная память

Микропроцессорная память — память небольшой емкости, но чрезвычайно вы­сокого быстродействия (время обращения к Ml 111, т.е. время, необходимое на поиск, запись или считывание информации из этой памяти, измеряется наносекундами — тысячными долями микросекунды).

Она предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, не­посредственно в ближайшие такты работы машины участвующей в вычислениях; МПП ис­пользуется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

Микропроцессорная память состоит из быстродействующих регистров с разряднос­тью не менее машинного слова. Количество и разрядность регистров в разных микропро­цессорах различны: от 14 двухбайтных регистров у МП 8086 до нескольких десятков регистров разной длины у МП Pentium.

Регистры микропроцессора делятся на регистры общего назначения и спе­циальные.

Специальные регистры применяются для хранения различных адресов (адре­са команды, например), признаков результатов выполнения операций и режимов работы ПК (регистр флагов, например) и др.

Регистры общего назначения являются универсальными и могут исполь­зоваться для хранения любой информации, но некоторые из них тоже должны быть обяза­тельно задействованы при выполнении ряда процедур.

2.3. Интерфейсная часть микропроцессора

Интерфейсная часть МП предназначена для связи и согласования МП с системной шиной ПК, а также для приема, предварительного анализа команд выполняемой программы и фор­мирования полных адресов операндов и команд.

Интерфейсная часть включает в свой состав адресные регистры МПП, узел формиро­вания адреса, блок регистров команд, являющийся буфером команд в МП, внутреннюю ин­терфейсную шину МП и схемы управления шиной и портами ввода-вывода.

Порты ввода-вывода — это пункты системного интерфейса ПК, через кото­рые МП обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов у МП может быть 65536. Каждый порт имеет адрес — номер порта, соответствующий адресу ячейки па­мяти, являющейся частью устройства ввода-вывода, использующего этот порт, а не частью основной памяти компьютера.

Порт устройства содержит аппаратуру сопряжения и два регистра памяти — для обме­на данными и обмена управляющей информацией. Некоторые внешние устройства исполь­зуют и основную память для хранения больших объемов информации, подлежащей обмену. Многие стандартные устройства (НЖМД, НГМД, клавиатура, принтер, сопроцессор и др.) имеют постоянно закрепленные за ними порты ввода-вывода.

Схема управления шиной и портами выполняет следующие функции:

- формирование адреса порта и управляющей информации для него (переключение порта на прием или передачу и др.);

- прием управляющей информации от порта, информации о готовности порта и его со­стоянии;

- организацию сквозного канала в системном интерфейсе для передачи данных между портом устройства ввода-вывода и МП.

Схема управления шиной и портами использует для связи с портами кодовые шины инструкций, адреса и данных системной шины: при доступе к порту МП посылает сигнал по КШИ, который оповещает все устройства ввода-вывода, что адрес на КША является ад­ресом порта, а затем посылает и сам адрес порта. То устройство, адрес порта которого со­впадает, дает ответ о готовности, после чего по КШД осуществляется обмен данными.

3. Практическая часть

3.1. Общая характеристика задачи

Используя ППП на ПК, на основании сведений о продажах товаров в магазине, хранящихся в таблице данных МАГАЗИН (см. табл.1 и рис.1).

Таблица 1

МАГАЗИН