ВУЗ: Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Информатика
Добавлен: 25.10.2018
Просмотров: 10353
Скачиваний: 105
26
один из слотов материнской платы и называется видеокартой.
Видеоадаптер выполняет функции видеопроцессора (отвечает за
формирование изображения в видеопамяти и осуществляет об-
работку запросов центрального процессора) и видеопамяти.
Основные параметры видеоподсистемы:
разрешение экрана (количество точек по горизонтали
и вертикали). Для каждого размера монитора существует свое
оптимальное разрешение экрана, которое должен обеспечивать
видеоадаптер;
цветовое разрешение (глубина цвета) определяет коли-
чество различных оттенков, которые может принимать отдель-
ная точка экрана. Максимально возможное цветовое разрешение
зависит от свойств видеоадаптера, и в первую очередь от коли-
чества установленной на нем видеопамяти. Кроме того, оно за-
висит и от установленного разрешения экрана;
поддержка технологий видеоускорения – одно из свойств
видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций
по построению изображений может происходить без выполне-
ния математических вычислений в основном процессоре компь-
ютера, чисто аппаратным путем – преобразованием данных
в микросхемах видеоускорителя (технологии DirectX, OpenGL).
Звуковая карта
Звуковая карта устанавливается в один из разъемов мате-
ринской платы в виде дочерней карты и выполняет вычисли-
тельные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки.
Основным параметром звуковой карты является разряд-
ность, определяющая количество битов, используемых при пре-
образовании сигналов из аналоговой в цифровую форму и на-
оборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, свя-
занная с оцифровкой, тем выше качество звучания.
При отсутствии повышенных требований к качеству звука
используются интегрированные звуковые системы, в которых
функции обработки звука выполняются центральным процессо-
ром и микросхемами материнской платы.
27
2.6. Системы, расположенные на материнской плате
Оперативная память
Оперативная память (Random Access Memory, RAM, память
с произвольным доступом) – это энергозависимая часть системы
компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера
хранится выполняемый машинный код (программы), а также
входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые
процессором.
С точки зрения физического принципа действия различают
динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).
Динамическая память (DRAM) хранит бит данных в виде
наличия (или отсутствия) заряда конденсатора.
Это наиболее распространенный и экономически доступ-
ный вид памяти. Вследствие высокой плотности DRAM занима-
ет меньшую площадь на кристалле по сравнению с SRAM.
Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что для
изменения состояния конденсатора его нужно зарядить или раз-
рядить, т.е. неизбежны переходные процессы, поэтому запись
данных происходит сравнительно медленно. Второй существен-
ный недостаток связан с тем, что конденсаторы со временем
разряжаются (именно из-за того, что заряд конденсатора дина-
мически уменьшается во времени, память на конденсаторах по-
лучила свое название DRAM – динамическая память). Поэтому,
чтобы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов пе-
риодически восстанавливается (регенерируется) через опреде-
ленное время, называемое циклом регенерации (обычно 2 мс).
При этом обращение к памяти периодически приостанавливает-
ся, что снижает среднюю скорость обмена с DRAM.
В статической памяти (SRAM) бит данных хранится в виде
состояния (включен/выключен) триггера, представляющего со-
бой несколько транзисторов. Этот тип памяти обеспечивает бо-
лее высокое быстродействие, так как изменение управляющего
напряжения на входе триггера очень быстро изменяет его со-
стояние, и меньшее энергопотребление, чем DRAM, хотя техно-
логически он сложнее и, соответственно, дороже.
28
Микросхемы динамической памяти используют в качестве
основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы стати-
ческой памяти используют в качестве вспомогательной памяти
(кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы про-
цессора, а именно для согласования работы сравнительно мед-
ленных устройств (в этом случае это DRAM) со сравнительно
быстрым микропроцессором.
У каждой ячейки памяти есть свой адрес, который выража-
ется числом. Максимальный размер поля оперативной памяти,
установленной в компьютере, определяется микропроцессорным
комплектом (чипсетом) материнской платы.
Оперативная память в компьютере размещается на стан-
дартных панельках, называемых модулями, которые вставляют
в соответствующие разъемы на материнской плате.
Основными характеристиками оперативной памяти являются
объем памяти и скорость передачи данных. Скорость передачи
данных определяет максимальную пропускную способность па-
мяти (Гбайт/с) в оптимальном режиме доступа. Одинаковые по
объему модули могут иметь разные скоростные характеристики.
Также характеристикой памяти является время доступа, измеря-
ется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс).
Процессор
Процессор – основная микросхема компьютера, в которой
производятся все вычисления. Конструктивно процессор состоит
из ячеек, в которых данные могут не только храниться, но и из-
меняться заданным образом. Внутренние ячейки памяти в про-
цессоре называют регистрами. Таким образом, любой процес-
сор состоит из набора регистров различного назначения (дан-
ные, адресные данные, команды), которые определенным обра-
зом связаны между собой и обрабатываются в соответствии
с некоторой системой правил. Исполнение программ основано
на управлении засылкой данных в разные регистры процессора
и таким образом управлении обработкой данных.
29
К обязательным компонентам процессора относятся
арифметико-логическое устройство и устройство управления.
Выполнение процессором команды предусматривает: арифме-
тические действия, логические операции, передачу управления,
перемещение данных из одного места памяти в другое и коор-
динацию взаимодействия различных устройств компьютера.
Выделяют четыре этапа обработки команды процессором: вы-
борка команды из ОЗУ, декодирование, выполнение и запись
результата.
Основные параметры процессоров. Основными парамет-
рами процессоров являются: разрядность, рабочая тактовая
частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой
частоты, размер кэш-памяти и набор поддерживаемых инст-
рукций.
Параметр, который имеет немаловажное значение для про-
изводительности процессора, – это его разрядность. Разряд-
ность процессора показывает, сколько бит данных он может
принять и обработать в своих регистрах за один такт.
Исполнение каждой команды процессором занимает опре-
деленное количество тактов. Чем выше частота тактов, посту-
пающих на процессор, тем больше команд он может исполнить
в единицу времени, тем выше его производительность. В на-
стоящее время рабочие частоты процессоров превосходят мил-
лиард тактов в секунду (1 ГГц).
Тактовые сигналы процессор получает от материнской пла-
ты, которая представляет собой большой набор проводников
и микросхем и по чисто физическим причинам не может рабо-
тать со столь высокими частотами, как процессор. Для получе-
ния более высоких частот в процессоре происходит внутреннее
умножение частоты на коэффициент.
Обмен данными внутри процессора происходит в несколько
раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например
с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество
обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают
30
буферную область – кэш-память. Когда процессору нужны дан-
ные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там
нужных данных нет, обращается в оперативную память. Прини-
мая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его
одновременно и в кэш-память.
Расширенные наборы инструкций, позволяющие процессо-
ру обрабатывать сразу несколько элементов данных за один
такт, ускоряют вычисления в таких областях, как обработка гра-
фики, кодирование видеоданных и выполнение сложных мате-
матических расчетов.
С остальными устройствами компьютера, и в первую оче-
редь с оперативной памятью, процессор связан несколькими
группами проводников, называемых шинами. Основных шин
три: шина данных, адресная шина и шина управления.
Адресная шина. 64-разрядная адресная шина состоит из
64 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение
на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии вы-
ставлена единица или ноль. Комбинация из 64 нулей и единиц
образует 64-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек
оперативной памяти, к которой и подключается процессор для
копирования данных из ячейки в один из своих регистров.
Шина данных. По этой шине происходит копирование
данных из оперативной памяти в регистры процессора и обрат-
но. По 64-разрядной шине данных за один раз на обработку по-
ступают сразу 8 байт.
Шина управления. По этой шине передаются сигналы, оп-
ределяющие характер обмена информацией по магистрали. Сиг-
налы управления определяют, какую операцию (считывание или
запись информации из памяти) нужно производить, синхронизи-
руют обмен информацией между устройствами и т.д. Эта шина
не имеет такой же четкой структуры, как шина данных или шина
адреса. В шину управления условно объединяют набор линий,
передающих различные управляющие сигналы от процессора на
все периферийные устройства и обратно.