Понятие архитектуры и основные типы архитектуры эвм. Типовая схема эвм. Оперативная память, центральный процессор эвм.

Компьютер представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.

Существует два основных класса компьютеров:

цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде числовых двоичных кодов;

аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин; в аналоговых компьютерах все устройства соединяются между собой проводами, которые называются каналами;

Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств.

Наиб. распространены следующие архитектурные решения.

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер.

Современные персональные компьютеры строятся по архитектуре компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ (арифметико-логическое устройство) работают под управлением одного УУ (устройство управления). Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд.

Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и такие архитектурные решения, которые радикально отличаются от рассмотренных выше.

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Центральный процессор в общем случае содержит в себе: арифметико-логическое устройство; шины данных и шины адресов; регистры (основное назначение регистров — хранение и преобразование многоразрядных двоичных чисел); счетчики команд; кэш — очень быструю память малого объема; математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом.

Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово). Различают два основных вида памяти — внутреннюю и внешнюю.

В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом “ зашивается ” в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для: автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера; загрузки операционной системы в оперативную память.

 

 

Периферийные устройства ПК

Внешняя память (ВЗУ) предназн. для длит. xранения программ и данных, целостность её содержимого не зависит от того, вкл или выкл комп.

В состав внеш. памяти компьютера входят: -накопители на жёстких магнитных дисках; -накопители на гибких магнитных дисках; -накоп-ли на компакт-дисках; -накопители на flash-картах.

Гибкий диск, дискета (floppy disk) - устройство для хранения небольших объёмов инф-ции. Сейчас почти не используется.

Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD- Hard Disk Drive) или винчестер - наиб. массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в кот. носителями инф-ии являются круглые алюминиевые пластины- платтеры, обе поверхности кот. покрыты слоем магнитного материала. Исп-ся для постоянного хранения инф-ции-программ и данных.

CD-ROM состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Одна сторона покрыта тонким алюминиевым слоем, защищенным от повреждений слоем лака. Двоичная информация предст-ся последовательным чередов-ем углублений (pits -ямки) и основн. слоя (land -земля).

В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну-спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в проц. продвижения читающей магнитной головки к центру диска.

Со временем на смену CD-ROM могут прийти цифровые видеодиски DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают 4,7 Гбайт данных, т.е. по объёму заменяют 7 стандартных дисков CD-ROM.

Стример (англ. tape streamer) - устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью1-2Гб и больше. Сейчас не используется.

Аудиоадаптер (Sound Blaster или звуковая плата) это специальная электронная плата, кот. позволяет записывать звук, воспроизводить и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и др. оборуд.

Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

-аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (то есть, аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифр-ой двоич. код и записывает его на магнитный носитель;

-цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

Клавиатура служит для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов. Наиболее распространена сегодня 101-клавишная клавиатура c раскладкой клавиш QWERTY (читается “ кверти ”), названная так по клавишам, расположенным в верхнем левом ряду алфавитно-цифровой части клавиатуры.

Видеосистема компьютера состоит из трех компонент: -монитор (называемый также дисплеем); -видеоадаптер; -программное обеспечение (драйверы видеосистемы).

Видеоадаптер - это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения.

Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы. А программные средства обрабатывают видео изображения - выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др.

Монитор - устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей).

Подавляющее большинство мониторов сконструированы на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора.

Наряду с традиционными ЭЛТ-мониторами все шире используются плоские жидкокристаллические (ЖК) мониторы.

Жидкие кристаллы - это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков. ЖК-мониторы бывают с пассивной матрицей (сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения) или активной (вместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов) матрицей.

Принтеры:Матричные принтеры используют комбинации маленьких штырьков, которые бьют по красящей ленте.

Лазерные принтеры. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан со светочувствительным покрытием, меняющим электрические свойства в зависимости от освещённости. После засветки на барабан, находящийся под электрическим напряжением, наносится красящий порошок- тонер, частицы которого налипают на засвеченные участки поверхности барабана.

Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности чернильных точек.

Сканер - устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.

Модем - устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи.

Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона - этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем-модулятор/демодулятор.

Манипуляторы (мышь, джойстик и др.) - это специальные устройства, которые используются для управления курсором.