Архитектура персональных компьютеров

Министерство образования и науки

Саратовский государственный социально – экономический университет

Кафедра информационных систем в экономике

Реферат

На тему:

Архитектура персональных компьютеров

Выполнила

студентка 1 курса

ФКФ 8 группы

Родина Мария.

Проверил:

Сыксин

Виктор Викторович.

Саратов 2013

 

 

 

       Оглавление:

1. Введение………………………………………………………..3
2. Внутренние устройства ПК…………………………………...4
1. Структура микропроцессора……………………………..5
2. Последовательность работы блоков ПК………………...8
3. Внешние устройства ПК……………………………………....10
4. Заключение……………………………………………………..11
5. Список источников…………………………………………….13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Компьютер (англ. computer – вычислитель) представляет собой программируемое устройство, которое может обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.

Существует два основных класса компьютеров:

-  цифровые компьютеры, которые обрабатывают данные в виде числовых двоичных кодов;

-  аналоговые компьютеры, которые обрабатывают постоянно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин.

Базу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров заключается в выполнении программ (SoftWare) – заранее заданных, четко определенных последовательностей арифметических, логических и других действий.

Каждая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд.

Команда – это описание операции, выполняемой компьютером. Обычно у команды есть свой код, исходные данные и результат. Результат команды вырабатывается по строго определенным для этой команды правилам, заложенным в конструкцию компьютера. Совокупность команд, которые выполняет данный компьютер, называется системой команд этого компьютера.

Компьютеры работают с очень большой скоростью, которая составляет десятки миллионов операций в секунду.

Персональные компьютеры, более чем какой-либо другой вид ЭВМ, способствуют переходу к новейшим компьютерным информационным технологиям, которым свойственны:

• дружественный информационный, программный и технический интерфейс с пользователем;
• выполнение информационных процессов в режиме диалога с пользователем;
• сквозная информационная поддержка всех процессов на основе интегрированных без данных;
• так называемая «безбумажная технология».

Компьютер – это  многофункциональное электронное устройство для работы с информацией: хранением, обработкой и передачей.

Под архитектурой персонального компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, выделенные процессу обработки данных на определенный интервал времени.

Архитектура ПК определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера:

• центрального процессора;
• основной памяти;
• внешней памяти;
• периферийных устройств.

Основные электронные компоненты, которые определяют архитектуру процессора, находятся на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (MotherBoard). А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard — дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, которые называются также слотами расширения (англ. slot — щель, паз).

Внутренние устройства ПК

 

Ещё в середине прошлого века, платы компьютера содержали до двух сотен микросхем. Материнская плата, составляющая основу вычислительной системы современного компьютера общего назначения, содержат две основные большие микросхемы:

1. Так называемый северный мост (англ. North Bridge) —контроллер-концентратор памяти (MCH), обеспечивающий работу центрального процессора с оперативной памятью и видеоадаптером.
2. Так называемый южный мост (англ. South Bridge) — контроллер-концентратор ввода-вывода (ICH), обеспечивающий работу контроллеров интегрированных в материнскую плату устройств (локальной вычислительной сети, звуковой подсистемы, видеоадаптера в отдельном случае), а также взаимодействие с внешними устройствами, посредством организации шинного интерфейса.

Работа внешних устройств, которые установлены в вычислительной системе процессора, зависит от микросхем чипсета.

Вычислительные системы современных компьютеров общего назначения чаще всего строят с использованием следующей архитектуры:

• чипсеты нового поколения Intel 3 Series и материнские платы на их основе.

Основной составляющей в компьютере, его "мозгом" является микропроцессор. Микропроцессор – это электронная схема, выполняющая все функции обработки информации и управление всеми блоками ЭВМ. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера.

Процессор состоит из нескольких важных деталей: собственно процессора – «вычислителя» и сопроцессора – специального блока, необходимого для операций с «плавающей точкой» (или запятой). Применяется сопроцессор для особо точных и сложных расчётов, а также для работы с рядом графических программ.

Структура микропроцессора

Устройство управления

Устройство управления с функциональной точки зрения является наиболее сложной составляющей персонального компьютера. Он вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций во все блоки машины:

Регистр команд - запоминающий регистр, в нём хранится код команды: код выполняемой операции и адреса операндов, которые участвуют в операции. Регистр команд находится 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.

ПЗУ располагает в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), которые являются необходимыми для выполнения в блоках ПК действий по обработке информации. Импульс по выбранному дешифратором операций в соответствии с кодом операции считывает из ПЗУ микропрограмм нужную последовательность управляющих сигналов.

Узел формирования адреса - устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд и регистров МПП.

Кодовые шины данных, адреса и инструкций –составляющая внутренней шины микропроцессора. В общем случае УУ формирует управляющие сигналы для выполнения таких базовых процедур,как:

• 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.

Арифметико-логическое устройство

Арифметикo - логическое устройств, которое предназначено для выполнения арифметических и логических действий преобразования информации.

Функционально АЛУ (рис. 2) состоит обычно из двух регистров, сумматора и схем управления (местного устройства управления).

 

Рис. 2. Функциональная схема АЛУ

Сумматор - вычислительная схема, которая выполняет процедуру сложения поступающих на ее вход двоичных кодов; разрядность сумматора равна двойному машинному слову.

АЛУ выполняет арифметические операции (+,-,*,:)только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, т.е. исключительно над целыми двоичными числами.

Выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами осуществляется или с привлечением математического сопроцессора, или по специально составленным программам.

Микропроцессорная память

Микропроцессорная память - память небольшой емкости, но чрезвычайно высокого быстродействия.

Данный вид памяти нужен для недолгого хранения, записи и выдачи информации, непосредственно в ближайшие такты работы машины участвующей в вычислениях. Микропроцессорная память включает в себя быстродействующие регистры с разрядностью не менее машинного слова. Количество и разрядность регистров в разных микропроцессорах неодинаковы.

Регистры микропроцессора бывают общего назначения и специальными.

Специальные регистры необходимы 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 быть использованы для хранения любой информации, но некоторые из них тоже должны быть обязательно задействованы при выполнении ряда процедур.

Интерфейсная часть микропроцессора

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

Интерфейсная часть состоит из адресных регистров МПП, узела формирования адреса, блока регистров команд, являющегоя буфером команд в МП, внутренней интерфейсной шины МП и схемой управления шиной и портами ввода-вывода.

Порты ввода-вывода - это пункты системного интерфейса ПК, с помощью которых МП осуществляет обмен информацией с различными устройствами. Всего портов у МП может быть 65536. Каждый порт имеет адрес - номер порта, который соответствует адресу ячейки памяти, являющейся составляющей устройства ввода-вывода, использующего данный порт, а не состовляющей основной памяти компьютера.

Порт устройства включает в себя аппаратуру сопряжения и два регистра памяти - для обмена данными и обмена управляющей информацией. Схема управления шиной и портами осуществляет такие функции, как:

-  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 данных между портом устройства ввода-вывода и МП.

 

Последовательность работы блоков ПК

Программа хранится во внешней памяти ПК. При запуске программы в работу пользователь выдает запрос на ее исполнение в дисковую операционную систему (DOS- Disc Operation System) компьютера. Запрос пользователя - это ввод имени исполняемой программы в командную строку на экране дисплея. Базовая программа DOS-Command.com отвечает за перезапись машинной (исполняемой) программы из внешней памяти в ОЗУ, в которой находится начало (первая команда) этой программы.

После этого начинается автоматическое последовательное выполнение программ. Для исполнения любой программы требуется нескольких тактов работы машины. В первом такте выполнения каждой команды производятся считывание кода самой команды из ОЗУ по адресу, который установлен в регистре-счетчике адреса, и запись этого кода в блок регистров команд устройства управления. Содержание второго и последующих тактов исполнения определяется результатами анализа команды, записанной в блок регистров команд, т. е. зависит уже от конкретной команды.

Кэш - память первого уровня – небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, которая нужна для хранения промежуточных результатов.

Кэш-память второго уровня – память немного помедленнее, зато больше – от 128 до 512Кб. Она может быть интегрирована на самом кристалле процессора, а может – отдельно, в виде дополнительного кристалла (как на процессорах Pentium II).  

В современных компьютерах используются процессоры, которые разрабатываются фирмами Intel, AMD, Cyrix и IBM. Следующие характеристики отличают процессоры друг от друга: тип (модель) и тактовая частота. Чем больше тактовая частота, тем больше производительность и соответственно цена процессора. 

Оперативная память (RAM, ОЗУ) отвечает за работу с программным обеспечением. Из неё процессор и сопроцессор (устройство, которое помогает процессору при работе со сложными математическими вычислениями) берут программы и исходные данные для обработки. Характеристика оперативной памяти – объём, измеряемый в мегабайтах (Мб). Оперативная память выпускается в виде микросхем, собранных в специальные модули: SIMM, DIMM или новейший модуль RIMM. Каждый модуль может вмешать от 1 до 512 Мб.

Для того, чтобы компьютер работал, нужно, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные. А поступят они туда из различных частей компьютера. То есть, для компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Этот обмен называют вводом-выводом. Но этот обмен  не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются два промежуточных звена: