Структурные схемы и взаимодействие устройств компьютера
Структурная схема ЭВМ первых поколений:
Устройства ввода информации (УВв)
Оперативно запоминающее устройство (ОЗУ)
Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ)
Устройство управления (УУ)
Арифметико-логическое устройство (АЛУ)
Усройства Выводы (УВыв)
Структурная схема ПК:
Ядро: процессор, основная память (ОП) [оперативно + постоянно запоминающие устройства], видео память.
Внешние усройства (ВнУ)
Контроллер прямого доступа к памяти (КПД) – устройство, обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.
Шина - это общий канал связи, используемый для обмена информацией между устройствами компьютера.
Организацию согласованной работы шин и устройств выполняют микросхемы системной логики, называемые чипсетом (Chipset). В структуре чипсета за работу высокоскоростных устройств ядра компьютера отвечает North Bridge, NB – северный мост. Каналы передачи данных между процессором или двумя процессорами, видеопамятью и оперативной памятью имеют пропускную способность более 1 Гбайт/с.
Низкоскоростными устройствами ввода-вывода данных управляет South Bridge, SB (южный мост).
Состав, устройство и принцип действия основной памяти
Запоминающие устройства делятся на основную, или оперативную, память (ОП), сверхоперативную память (СОЗУ) и внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
Основная память включает в себя два типа устройств: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, или RAM – Random Access Memory) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, или ROM – Read Only Memory). ОЗУ предназначено для хранения переменной информации. Оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, чтения, хранения. ПЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислительных операций, например, стандартные программы и константы. Эта информация заносится в ПЗУ перед установкой микросхемы в ЭВМ. Основными операциями, которые может выполнять ПЗУ, являются чтение и хранение. Функциональные возможности у ОЗУ шире, чем у ПЗУ. Но ПЗУ сохраняет информацию при отключении питания (т.е. является энергонезависимой памятью).
|
|
|
Структурная схема ОЗУ
ОЗУ связано с остальным микропроцессорным комплектом ЭВМ (рис. 3) через системную магистраль (СМ).
По шине управления передается сигнал, определяющий, какую операцию необходимо выполнить.
По шине данных передается информация, записываемая в память или считываемая из нее.
По шине адреса передается адрес участвующих в обмене элементов памяти.
Максимальная ёмкость памяти определяется количеством линий в шине адреса системной магистрали: если количество линий обозначить m, то ёмкость памяти (т.е. количество ЭП, имеющих уникальные адреса) определяется как 2m.
|
|
|
Основными характеристиками ОЗУ являются объём и быстродействие.
Микросхемы ПЗУ также построены по принципу матричной структуры накопителя. Функции ЭП в них выполняют перемычки в виде проводников, полупроводниковых диодов или транзисторов. В такой матрице наличие перемычки может означать «1», а ее отсутствие – «0». Занесение информации в микросхему ПЗУ называется ее программированием, а устройство, с помощью которого заносится информация, – программатором. Программирование ПЗУ заключается в устранении (прожигании) перемычек по тем адресам, где должен храниться «0». Обычно схемы ПЗУ допускают только одно программирование, но специальные микросхемы – репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ) – допускают их многократное стирание и занесение новой информации. Этот вид микросхем относится к энергонезависимым, т.е. может длительное время сохранять информацию при выключенном питании (стирание микросхемы происходит либо за счет подачи специального стирающего напряжения, либо за счет воздействия на кристалл ультрафиолетового излучения, для этого в корпусе микросхемы оставляется прозрачное окно).
|
|
|
Сверхоперативные ЗУ используются для хранения небольших объемов информации и имеют значительно меньшее (в 2-10 раз) время считывания/записи, чем основная память. СОЗУ обычно строятся на регистрах и регистровых структурах.
Регистр представляет собой электронное устройство, способное при включенном питании хранить занесённое в него число неограниченное время. Наибольшее распространение получили регистры на статических триггерах.
По назначению регистры делятся на регистры хранения и регистры сдвига. Информация в регистры может заноситься и считываться либо параллельно, сразу всеми разрядами, либо последовательно, через один из крайних разрядов с последующим сдвигом занесенной информации.
Сдвиг записанной в регистр информации может производиться вправо или влево. Если регистр допускает сдвиг информации в любом направлении, он называется реверсивным.
Регистры могут быть объединены в единую структуру. Возможности такой структуры определяются способом доступа и адресации регистров. Если к любому регистру можно обратиться для записи/чтения по его адресу, такая регистровая структура образует СОЗУ с произвольным доступом.
|
|
|
Безадресные регистровые структуры могут образовывать два вида устройств памяти: магазинного типа и память с выборкой по содержанию (ассоциативные ЗУ).
Память магазинного типа образуется из последовательно соединенных регистров (рис. 4). Если запись в регистровую структуру (рис. 4, а) производится через один регистр, а считывание – через другой, то такая память является аналогом линии задержки и работает по принципу «первым вошел – первым вышел» (FIFO – first input, first output). Если же запись и чтение осуществляются через один и тот же регистр (рис. 4, б), такое устройство называется стековой памятью, работающей по принципу «первым вошел – последним вышел» (FILO – first input, last output).
Память с выборкой по содержанию является безадресной. Обращение к ней осуществляется по специальной маске, которая содержит поисковый образ. Информация считывается из памяти, если часть ее соответствует поисковому образу, зафиксированному в маске.
В микропроцессорах ассоциативные ЗУ используются в составе кэш-памяти для хранения адресной части команд и операндов исполняемой программы. Кэш-память является дополнительным быстродействующим хранилищем копий блоков информации из основной памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика
Центральный процессор ЭВМ.
Основу центрального процессора ПЭВМ составляет микропроцессор (МП) – обрабатывающее устройство, служащее для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к ОП и ВНУ и для управления ходом вычислительного процесса.
Классификация МП:
- назначение;
- количество разрядов в обрабатываемой информационной единице;
- технология изготовления (0.5 мкм – технология; 0.35 мкм; 0.25 мкм; 0.18 мкм; 0.13 мкм; 0.07 мкм и т.д.).
Среди МП для серверов и мощных приложений прочное место завоевали RISC-процессоры (Reduce Instruction Set Computing) с сокращенной системой команд. Система команд таких МП содержит ограниченное число (порядка 50) очень простых команд. За счет этого упрощаются схемы управления микропроцессором и сокращаются его размеры. На кристалле МП (чипе) освобождается место, которое используется для размещения кэш-памяти большого объема. Наличие такой памяти внутри чипа позволяет сократить количество обращений к основной памяти, а это приводит к повышению быстродействия ЭВМ.
Микропроцессоры для персональных компьютеров обычно относятся к CISC-процессорам (Complete Instruction Set Computing) с полной системой команд, насчитывающей до 250 единиц.
Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 264; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!