Долинин А.А., учитель информатики и ИКТ МБОУ «Уренская СОШ № 1»

Архитектура персонального компьютера.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Архитектура персонального компьютера.

• Что такое компьютер?• Архитектура компьютера – это

его общее описание, включающее логическую организацию, структуру и ресурсы.

Принцип Джона фон НейманаБыли сформулированы в 1945 году

1.Наличие устройства ввода-вывода информации2.Принцип однородности памяти – программы и данные хранятся в одной памяти3.Принцип адресности – основная память адресуема, т.е. состоит из пронумерованных ячеек.4.Принцип программного управления – процессор состоит из устройства управления и арифметически – логического устройства.

Назначение

Магистрально-модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить его модернизацию.

Данные и программаИнформация, представленная в цифровой

форме и обрабатываемая на компьютере, называется данными.

Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой.

Обработка данных на компьютере.

1. Пользователь запускает программу, хранящуюся в долговременной памяти, она загружается в оперативную и начинает выполняться.

2. Выполнение: процессор считывает команды и выполняет их. Необходимые данные загружаются в оперативную память из долговременной памяти или вводятся с помощью устройств ввода.

3. Выходные (полученные) данные записываются процессором в оперативную или долговременную память, а также предоставляются пользователю с помощью устройств вывода информации.

Магистрально-модульное устройство компьютера.

МагистральШина данных

Шина адреса

Шина управления

ПроцессорОбработка данных

Оперативная памятьХранение данных и программ

Устройства вводаВвод данных

Устройства выводаВывод данных

Долговременная память

Хранение данных и программ

Сетевые устройства

Магистраль.

Магистраль (системная шина) включает в себя:

1. Шину данных;2. Шину адреса;3. Шину управления.Упрощенно системную шину можно представить как

группу кабелей и электрических (токопроводящих) линий на системной плате.

Шина данных (данные передаются между различными устройствами в любом направлении. Например, считанные из ОЗУ данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем могут быть отправлены обратно для хранения.).

Разрядность данной шины определяет разрядность процессора, т. е.количество двоичных разрядов, которые могутобрабатываться и передаваться одновременно(8, 16, 32, 64 бита)

Шина данных.

Шина адреса.

Шина адреса – однонаправленная, передача адреса от процессора к оперативной памяти и устройствам, каждоеустройство или ячейка оперативной памяти имеет адрес.Разрядность шины адреса определяет объём адресуемойпамяти (адресное пространство – количество однобайтовых ячеек, которые могут иметь уникальные адреса).(16, 20, 24, 32, 64 бита)N=2I N – количество адресуемых ячеек, I – разрядность шины

Выбор устройства или ячейки памяти, куда посылаются данные или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине от процессора к памяти или устройствам.

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти.

Шина адреса Разрядность ША определяет объем

памяти, т.е. количество однобайтовых ячеек.

Количество ячеек определяется по формуле N = 2 N = 2 ͥͥ, i – разрядность шины (36 бит)

Шина управления – передаются сигналы, определяющие характер обмена

информации. Сигналы управления

показывают, какую операцию нужно производить.

Шина управления.

Модульный принцип

Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию.

Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Структура современного ПК

1) материнская плата (Motherboard), называемая ещё главной (Mainboard) или системной платой;

2)  CPU (Central Processing Unit) - центральный процессор; FPU (Floating Point Processing Unit) — сопроцессор;

3)  винчестер или накопитель на жёстком магнитном диске, обозначенный в документации как HDD (Hard Disk Drive);

4)  дисковод — для гибких магнитных дисков, FDD (Floppy Disk Drive);

Структура ПК

5)  RAM (Random Access Memory) — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

6) ROM (Read Only Memory) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

7)  графический контроллер — устройство, выполняющее графические операции и обработку видеоданных; акселератор —процессор, ускоряющий обработку видео изображений ;

Структура ПК

8) элементы электрических соединений узлов и блоков переходные контакты, плоские кабели и монтажные провода;

9) корпус (case) — защищает компоненты PC от внешнего воздействия и содержит блок питания;

10) UPS — источник бесперебойного питания; 11) устройства ввода — клавиатура, мышь, трэкболл,

джойстик, дигитайзер, сканер; 12) устройства вывода — монитор, принтер, плоттер;

Структура ПК

13) мультимедиа компоненты — звуковая карта, CD-ROM, DVD-ROM, карты видео ввода-вывода;

14) устройства коммуникаций — модем, сетевая карта.

Системный блок

Состав системного блока

Материнская плата

Центральный процессор

Оперативная памятьЖесткий диск

Дисковод дляфлоппи-диска

Дисковод для CD

видеокарта

Сетевая карта

Звуковая карта

Материнская плата (Motherboard)

•Это сердце компьютера, самое большое и сложное устройство. Именно к "маме" подключаются все другие устройства, входящие в состав системного блока.

•Функция: обеспечивает связь между всеми устройствами ПК, посредством передачи сигнала от одного устройства к другому с помощью шины

На поверхности материнской платы имеется большое количество разъемов предназначенных для установки других устройств: sockets – гнезда для процессоров; slots – разъемы под оперативную память и платы расширения; контроллеры портов ввода/ вывода.

СИСТЕМНАЯ ПЛАТА

ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА СИСТЕМНОЙ ПЛАТЫ

Северный мост

Процессор

Южный мост

Оперативнаяпамять

Шина памятиPCI Express

AGP

МониторПроектор

Видеоплата

SATA

PATAЖесткие дискиCD-дисководыDVD-дисководы USB

PCI

Сетевая картаВнутренний модемСетевой адаптер Wi-FiЗвуковая плата

ПринтерСканерЦифровая камераWeb-камераМодем

PS/2

КлавиатураМышь

Цифровые видеокамеры

IEEE 1394Звуковая

микросхема

МикрофонКолонкиНаушники

СЕВЕРНЫЙ И ЮЖНЫЙ МОСТ

Для согласования тактовой частоты и разрядности устройств на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (их набор называется чипсетом), включающие в себя контроллер оперативной памяти и видеопамяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост)

ЧАСТОТА ПРОЦЕССОРА

Северный мост обеспечивает обмен данными с процессором, оперативной памятью и видеопамятью.

Частота процессора в несколько раз больше, чем базовая частота магистрали (шина FSB – от англ. FrontSide Bus).

Если частота шины FSB равна 266 МГц, коэффициент умножения частоты 14, то частота процессора будет равна: 266 МГц × 14 ≈ 3,7 ГГц

СИСТЕМНАЯ ШИНА

Между северным мостом и процессором данные передаются по системной шине с частотой, в четыре раза больше частоты шины FSB, т.е. процессор может получать и передавать данные с частотой 266 МГц × 4 = 1064 МГц.

Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора (64 бит), то пропускная способность системной шины равна:

64 Бит × 1064 МГц = 68 096 Мбит/с ≈ 66 Гбит/с ≈ 8 Гбайт/с

ШИНА ПАМЯТИ

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть меньше, чем частота шины процессора.

Если частота шины памяти равна 533 МГц, а разрядность шины памяти, равная разрядности процессора, составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти равна:

64 Бит × 533 МГц = 34 112 Мбит/с ≈ 33 Гбит/с ≈ 4 Гбайт/с

ШИНЫ AGP И PCI Express

Для подключения видеоплаты к северному мосту используется 32-битная шина AGP (Accelerated Graphic Port) с частотой 66 МГц или шина AGP×8, частота которой равна 66 МГц × 8 = 528 МГц.

Пропускная способность шины видеоданных AGP×8 составляет: 32 Бит × 528 МГц = 16 896 Мбит/с ≈ 16,5 Гбит/с ≈ 2 Гбайт/с.

Более высокую пропускную способность имеет шина PCI Express - ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств.

К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA или цифрового разъема DVI подключается монитор или проектор.

AGP×8

ШИНА PCI

Шина PCI (шина взаимодействия периферийных устройств) обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств (сетевая карта, встроенный модем, сетевой адаптер Wi-Fi), которые устанавливаются в слоты расширения системной платы.

Разрядность шины PCI может составлять 32 бита или 64 бита, а частота 33 МГц или 66 МГц.

Максимальная пропускная способность шины PCI составляет:64 Бит × 66 МГц = 4224 Мбит/с = 528 Мбайт/с.

ШИНА ATA

По шине АТА к южному мосту подключаются устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы).

Скорость передачи данных по параллельной шине РАТA (Parallel ATA) достигает 133 Мбайт/с, а по последовательной шине SATA (Serial ATA) – 300 Мбайт/с.

ШИНА USB

Шина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) обеспечивает подключение к компьютеру одновременно нескольких периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web-камера, модем и др.).

Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с.

Порт USB

КЛАВИАТУРА И МЫШЬ

Клавиатура и мышь подключаются с помощью порта PS/2 или шины USB (в том числе с помощью беспроводного адаптера)

Порт USBПорт PS/2для

подключения мыши

Порт PS/2для

подключения клавиатуры

Звук

К южному мосту может подключаться интегрированная в системную плату микросхема, которая обеспечивает обработку цифрового звука (эту функцию может выполнять также звуковая плата, которая подключается к шине PCI).

С помощью аудиоразъемов к системной плате могут подключаться микрофон, колонки или наушники.

Аудиоразъемы

ТЕСТИРОВАНИЕ СИСТЕМНОЙ ПЛАТЫ

Практическое задание «Тестирование системной платы».

1. С помощью программы CPU-Z определить у вашего компьютера частоту шины FSB, частоту процессора, частоту шины памяти.

2. Вычислить пропускную способность шины памяти.

ТЕСТИРОВАНИЕ СИСТЕМНОЙ ПЛАТЫ

Пропускная способность шины памяти = 64 бита × 199,9 МГц ≈ 12800 Мбит/с ≈ 1600 Мбайт/с ≈ 1,5 Гбайт/с

Процессор (CPU)

• Процессор - мозг компьютера

Тактовая частота = количество элементарных операций (тактов) за 1 секунду [Hz, MHz, GHz]

Основные производители: Intel, Cyrix, AMD

Cooler – вентилятор для охлаждения процессора.

Память компьютера

Память

Внутренняя Внешняя

Оперативная (ОЗУ)

256, 512 Mb2100 Mb/c

Постоянная (ПЗУ)

ROM-BIOS

Винчестер (НЖМД)

80, 120 Gb33 Mb/с

Дисковод 3,5’’ (НГМД)

1,44 Mb500 Kb/с

DVD-ROM до 17 Gb

7800 Kb/c

CD-ROM650 Mb

7800 Kb/c

Расположена на материнской плате

Оперативная память ОЗУ / RAM)

• Быстрая энергозависимая память

SRAM - статическая память является более дорогой, но имеет высокое быстродействие. Реализуется на триггерных микросхемах.

DRAM - динамическая память в 4-5 раз дешевле статической. Ее представляют миниатюрные конденсаторы.

Винчестер (НЖМД / HDD)

•емкость 80, 120 Gb

•время доступа 8 мс (мили = 10-6)

•скорость передачи данных от 33 Мбайт/с

•скорость вращения 7200, 10000, 12000 об/мин

НЖМД – накопитель на жестких магнитных дискахHDD – Hard Disc Drive

Почему “винчестер”?

• В 1973 году фирмой IBM по новой технологии был разработан жесткий диск, который мог хранить до 16 Кбайт информации.

• Поскольку этот диск имел 30 цилиндров (дорожек), каждая из которых была разбита на 30 секторов, то ему присвоили название — 30/30.

• По аналогии с автоматическими винтовками, имеющими калибр 30/30, такие жесткие диски стали называться «винчестерами».

Расположение разъемов

Порты• Последовательные (медленные, удаленные)

• Параллельные (быстрые)

• Специализированные

МОДЕМ МЫШЬ

ПРИНТЕР СКАНЕР

МОНИТОР КЛАВИАТУРА

Джон фон Нейман

ИНТЕРФЕЙС

Шина Управления

Последовательный порт

Магистрально-модульный принцип

МАГИСТРАЛЬ

Шина Данных

Системная Шина

МОДЕМ

Физические и логические параметры устройства

Принцип построения компьютера

Синхронизация обмена информации

Комплектация и модернизация компьютера

Двусторонняя передача

Найди связь между понятиями