Средства ввода-вывода и периферийные устройства
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)»
(РУТ (МИИТ))
Факультет «Управление процессами перевозок»
Кафедра «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь»
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «Архитектура современных СВТ»
профиля: «Прикладная информатика в защите бизнес информации»
Выполнил: студент 1-го курса
Шифр: 1710-ПИм-1737
Комаров А.О.
Проверил: доц.
Ермаков А.Е.
Москва 2018 г.
Содержание
Задание……………………………………………………………………….…...3
Введение……………………………………………………………………….….4
1. Структурная схема вычислительной системы…………………………….…5
1.1 Микропроцессор и магистраль………………………………………..5
1.2 Память…………………………………………………………...….…..8
1.3 Средства ввода-вывода и периферийные устройства………………..9
2. Описание микропроцессора………………………...………………………..10
2.1 Состав микропроцессора..………………………..……......................10
2.2 Характеристика Intel Xeon E7-2870…………………………….........12
2.3 Структурная схема микропроцессора…………...…………………..14
3. Выбор компонентов разрабатываемой вычислительной системы………...15
3.1 Выбор материнской платы и интерфейсов………………………….15
3.2 Выбор типа памяти (ДОЗУ)………………………………………….19
|
|
|
3.3 Выбор типа графического адаптера………………………………….21
3.4 Выбор типа жесткого диска и RAID массива………………………..21
3.4.1 Сравнение SAS и SATA………………………………………22
3.4.2 Сравнение HDD и SSD……………………………………….23
3.4.3 Подбор жесткого диска………………………………………25
3.4.4 Выбор RAID массива…………………………………………26
4. Расчет производительности с использованием смеси Гибсона…………….27
Заключение……………………………………………………………………….31
Список литературы……………………………………………………………....32
Задание
В курсовой работе необходимо разработать вычислительную систему, построенную на микропроцессоре в соответствии с табл. 1.
Таблица 1 – Задание на курсовую работу
| Последняя цифра шифра | Тип микропроцессора |
| 7 | Intel Xeon E7-2870 |
Для разработанной вычислительной системы необходимо:
1) Привести структурную схему вычислительной системы;
2) Привести структурную схему микропроцессора;
3) Выбрать и обосновать тип применяемой памяти (ДОЗУ);
4) Выбрать и обосновать тип графического адаптера;
5) Выбрать и обосновать тип жесткого диска, включая RAID массив при необходимости;
6) Описать применяемые типы интерфейсов, используемые в вычислительной системе;
|
|
|
7) Рассчитать производительность разработанной вычислительной системы, используя смесь Гибсона для научно-технических расчетов.
Введение
Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются в настоящее время наиболее массовыми средствами вычислительной техники.
В основе любой электронно-вычислительной машины (ЭВМ) лежит использование микропроцессоров. Это самое важное устройство любого компьютера. Микропроцессоры окружают человека везде. Любая электроника в современном обществе снабжена своим микропроцессором.
Микропроцессор, как правило, представляет из себя сверхбольшую интегральную схему, реализованную в едином полупроводниковом кристалле и способную выполнять функции центрального процессора. Степень интеграции определяется размерами кристалла и количеством реализованных в нём транзисторов.
Появление микропроцессорных систем позволило решить проблему разработки устройств для большого числа применений, внедрить вычислительную технику в те области, в которых ранее она не использовалась.Построение системы на основе микропроцессоре позволяет проектировать более быстродействующие устройства.
В рамках данной курсовой работыбыла спроектирована вычислительная система на основе заданного микропроцессора.
|
|
|
Структурная схема вычислительной системы
Вычислительная система—совокупность аппаратно-программных средств, образующих единую среду, предназначенную для решения задач обработки информации (вычислений) [1]. Обобщенная схема вычислительной системы представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Обобщенная схема вычислительной системы
Микропроцессор и магистраль
Микропроцессор — это центральный блок ВС, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией [2]. Микропроцессор выполняет следующие основные функции:
1) чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
2) чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;
3) прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;
4) обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;
5) выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.
Кроме микропроцессора в вычислительной системе присутствует так называемая магистраль. Магистраль — это совокупность шин, которая осуществляет взаимосвязь и обмен информацией между всеми блоками ВС. Магистраль включает в себя три многоразрядные шины, представляющие собой многопроводные линии:
|
|
|
1) шину данных;
2) шину адреса;
3) шину управления.
Шина данных — шина, предназначенная для передачи информации. В вычислительной технике принято различать выводы устройств по назначению: одни для передачи информации (например, в виде сигналов низкого или высокого уровня), другие для сообщения всем устройствам (шина адреса) — кому эти данные предназначены. На материнской плате шина может также состоять из множества параллельно идущих через всех потребителей данных проводников (например, в архитектуре IBM PC). Основной характеристикой шины данных является её ширина в битах. Ширина шины данных определяет количество информации, которое можно передать за один такт.
Шина адреса представляет собой набор проводников, по которым передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные. Как и в шине данных, по каждому проводнику передается один бит, соответствующий одной цифре в адресе. Увеличение количества проводников (разрядов), используемых для формирования адреса, позволяет увеличить количество адресуемых ячеек. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, адресуемой микропроцессором.
Шины данных и адреса независимы, и разработчики ВС выбирают их разрядность по своему усмотрению, но, как правило, чем больше разрядов в шине данных, тем больше их и в шине адреса. Разрядность этих шин является показателем возможностей микропроцессора: количество разрядов в шине данных определяет способности процессора в обмене информацией, а разрядность шины адреса — объем памяти, с которым он может работать.
Для управления другими блоками ВС микропроцессор использует шину команд, её также называют шиной управления. Шина управления — это шина, по которой передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию (считывание или запись информации из памяти) нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т.д. В шину управления условно объединяют набор линий, передающих различные управляющие сигналы от процессора на все периферийные устройства и обратно. В шине управления присутствуют линии, передающие следующие сигналы:
1) RD — сигнал чтения;
2) WR — сигнал записи;
3) MREQ — сигнал инициализации устройств памяти (ОЗУ или ПЗУ);
4) IORQ — сигнал инициализации портов ввода-вывода.
Кроме того, к сигналам шины управления относятся сигнал готовности (READY)и сигнал сброса (RESET).
Память
В любой ВС, вне зависимости от ее архитектуры, программы и данные хранятся в памяти. Функции памяти обеспечиваются запоминающими устройствами (ЗУ), предназначенными для фиксации, хранения и выдачи информации в процессе работы ВC.Перечень основных характеристик, которые необходимо учитывать, рассматривая конкретный вид ЗУ, включает в себя:
1) место расположения;
2) емкость;
3) единицу пересылки;
4) метод доступа;
5) быстродействие;
6) физический тип;
7) физические особенности;
8) стоимость.
Существует два вида памяти: RAM (оперативная) и ROM (постоянная, внутренняя). RAM-память, как правило, имеет меньший объем, а назначение ее состоит в том, чтобы хранить информацию, обрабатываемую микропроцессором.
В переводе с английского RAM означает «Память с произвольным доступом», или также «Оперативное запоминающее устройство» (ОЗУ). Говоря иначе, информация в такой памяти может быть прочитана и записана в любой момент, без необходимости ожидания выполнения ряда процессов.
ROM-память относится к категории долговременной памяти, и в ней можно установить всю операционную систему, а также приложения и различные файлы. Если RAM – это память уровня «чтение-запись», то ROM является памятью, рассчитанной лишь для сохранения информации. Аббревиатура «ROM» переводится на русский как «Память, доступная лишь для чтения» (отечественный вариант – «Постоянное запоминающее устройство» (ПЗУ). Данные, хранящиеся в такой памяти, не могут быть изменены – по крайней мере, сделать это не так легко или быстро.
Средства ввода-вывода и периферийные устройства
Порт ввода-вывода – логическое объединение сигнальных линий, через которое принимаются и передаются данные.Каждый порт ввода-вывода обслуживают минимум тремя служебных регистра:
1) регистр, содержащий данные (уровни сигналов) на всех линиях порта и используется для записи сигналов в порт;
2) регистр, содержащий состояния входов порта, доступен только для чтения, используется при чтении данных из порта;
3) регистр направления линий порта: каждая линия порта может быть сконфигурирована как вход или как выход в зависимости от значения бита этого регистра.
Большинство линий ввода-вывода могут быть сконфигурированы для выполнения альтернативных функций, обозначенных в назначении выводов вычислительной системы.
Периферийное устройство (ПУ) – устройство, входящее в состав внешнего оборудования ВС, обеспечивающее ввод/вывод данных, организацию промежуточного и длительного хранения данных. Можно выделить следующие основные функциональные классы периферийных устройств:
1) ПУ, предназначенные для связи с пользователем. К ним относят различные устройства ввода (клавиатуры, сканеры, а также манипуляторы - мыши, трекболы и джойстики), устройства вывода (мониторы, индикаторы, принтеры, графопостроители и т.п.) и интерактивные устройства (терминалы, ЖК-планшеты с сенсорным вводом и др.)
2) Устройства массовой памяти (винчестеры1, дисководы2, стримеры3 накопители на оптических дисках, флэш-память4 и др.)
3) Устройства связи с объектом управления (АЦП, ЦАП, датчики, цифровые регуляторы, реле и т.д.)
4) Средства передачи данных на большие расстояния (средства телекоммуникации) (модемы, сетевые адаптеры).
Описание микропроцессора
Состав микропроцессора
Обобщённая схема микропроцесс сора представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Обобщенная схема микропроцессора
Микропроцессор включает в себя управляющее устройство (УУ), которое выполняет следующие действия: выбирает из памяти очередную команду, расшифровывает команду, определяет адреса ячеек, где находятся исходные данные, заносит в АЛУ исходные данные, управляет выполнением операции, сохраняет результат.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — это один из узлов микропроцессора, отвечающий за реализацию всех логических и арифметических преобразований различных уровней сложности, которые протекают в электронно-вычислительной машине. В качестве выполняемых операций используются операнды, длина которых соответствует длине слова или его размеру.
Главным предназначением этого узла процессора является обработка данных, которые находятся в оперативно запоминающем устройстве ВС. АЛУ также генерирует управляющие сигналы, которые являются для ВС своего рода инструкциями, указывающими что необходимо делать с определенным набором данных. Каждая из операций, происходящих в микропроцессоре, выполняется при помощи электронных схем, которые могут состоять из нескольких тысяч электронных элементов, установленных очень плотно друг к другу. Поступающие на вход АЛУ электронные сигналы генерируют определенный тип обработки данных, выраженных в двоичной системе исчисления. Всего существует четыре разновидности заданных типов действий, которыми способен работать этот узел центрального процессора. Таким образом, количество базовых операций является основной характеристикой этого узла процессора.
Регистр – это блок ячеек памяти, которые образуют сверхбыструю оперативную память внутри процессора. Объем памяти составляет всего несколько сотен байт. Регистры процессора делятся на два типа: общего назначения и специальные. Регистры первого типа используются, когда выполняются операции логического и арифметического типа или операции таких дополнительных наборов инструкций, как SSE, MMX и пр. В регистрах второго типа содержатся системные данные, требующиеся для работы процессора. К ним относятся регистры управления, системных адресов, отладки и другие.
Кэш-память (cache – запас) – это промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью.
Сопроцессор (математический сопроцессор) расширяет систему инструкций центрального процессора. Настройки современных компиляторов для языков высокого уровня позволяют выбирать: использовать математический сопроцессор или нет, что особенно важно при создании кода, который будет исполняться внутри обработчика аппаратного прерывания. Физически сопроцессор может быть отдельной микросхемой или может быть встроен в процессор.
Внутренняя шина микропроцессора обеспечивает взаимосвязь между его внутренними блоками, а также соединяет микропроцессор с другими компонентами ВС через процессорный интерфейс, присоединений к системной шине (магистрали).
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1451; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!