🗊Презентация Архитектура ЭВМ. Компьютерная организация

Архитектура ЭВМ Компьютерная организация

Терминология: Архитектура ЭВМ - это комплекс аппаратных и программных средств, с помощью которых обеспечивается программирование и выполнение задач пользователя. Принцип открытой архитектуры – это возможность постоянного усовершенствования компьютера в целом или его отдельных частей с использованием новых устройств, которые полностью совместимы одно с другим независимо от фирмы-изготовителя.

Принцип открытой архитектуры заключается в следующем: Компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями. Компьютер можно легко расширять и модернизировать за счет наличия внутренних расширительных гнезд, в которые пользователь может вставлять различные устройства, удовлетворяющие определенному стандарту. В итоге машина имеет конфигурацию, предпочтительную для пользователя.

Внешняя архитектура ЭВМ: Системный блок Монитор Клавиатура Мышь Акустическая система Принтер Сканер И т.д.

Внутренняя архитектура ЭВМ: модульно-магистральный принцип

Системная шина (магистраль) Шина адреса предназначена для передачи по ней адреса того устройства (или той ячейки памяти), к которому обращается процессор. Адрес на нее выдает всегда только процессор. По Шине данных передается вся информация. При операции записи информацию на нее выставляет процессор, а считывает то устройство, адрес которого выставлен на шине адреса. При операции чтения информацию выставляет устройство, адрес которого выставлен на шине адреса, а считывает процессор. На Шине управления устанавливаются управляющие сигналы, такие как сигналы чтения, записи, готовности. Каждое внешнее устройство, которому нужно обращаться к процессору, имеет на этой шине собственную линию. Когда периферийное устройство «хочет сообщить» что-то процессору, оно устанавливает на этой линии «сигнал прерывания», заметив который, процессор прерывает выполняемые в этот момент действия и обращается к устройству командой чтения или записи.

Составляющие системного блока: Корпус Блок питания с вентилятором (cooler) Системная («материнская») плата Процессор с системой охлаждения (вентилятором) Модули основной памяти (ОЗУ) Видеоплата Звуковая плата Жесткий диск (винчестер) Дисководы гибких и оптических дисков Встроенный динамик

Системная плата («материнская») Центральный процессор отвечает за обработку информации Оперативная память отвечает за хранение информации Микросхема BIOS с хранимыми параметрами для функционирования компьютера Слоты для подключения плат расширения Разъемы для связи с другими устройствами компьютера

Структура процессора Устройство управления (УУ) организует с помощью набора управляющих сигналов работу всех компонентов процессора, передачу адресов, команд и данных в процессоре по внутренней шине и взаимодействие процессора с внешними устройствами ПК. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет логико-арифметические операции с данными в соответствие с кодами команд программы. Регистры ячеек внутренней памяти хранят команды, данные и адреса. Адрес – это номер ячейки памяти.

Микропроцессор Состав процессора: Устройство управления (УУ) Арифметико-логическое устройство (АЛУ) Регистровая память - быстрая внутренняя память процессора Характеристики микропроцессора: Разрядность процессора – это объем информации (в битах), которую процессор обрабатывает за один такт. Тактовая частота процессора характеризует скорость выполнения элементарных (единичных) операций внутри процессора и измеряется в мегагерцах (МГц). Адресное пространство процессора определяется разрядностью адресной шины.

Структура памяти

Внутренняя память ОЗУ – оперативное запоминающее устройство является основным типом внутренней памяти компьютера. Производительность компьютера в значительной мере определяется емкостью ОЗУ и скоростью доступа к ее ячейкам. Для оперативной памяти используют обозначение RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом). Объем оперативной памяти достигает тысяч мегабайт. ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – особый вид внутренней памяти, содержимое которой не изменяется на протяжении эксплуатации компьютера. ПЗУ называют ROM (Read Only Memory – память только для чтения). В ПЗУ хранятся системные программы и данные, связанные с «жизнеобеспечением» компьютера. Большая их часть связана с обслуживанием ввода-вывода. Содержимое ПЗУ называют BIOS (Basic Input-Output System – базовая система ввода-вывода).

Внутренняя память Кэш-память – сверхбыстрая память для ускорения доступа к оперативной памяти. Используется для хранения копий наиболее часто используемых участков оперативной памяти. ППЗУ (полупостоянное запоминающее устройство) – микросхема памяти небольшого объема (от 8 до 128 Кбайт) для хранения конфигурации системы, текущих времени и даты. Такая память изготавливается по специальной технологии CMOS, обеспечивающей низкое энергопотребление.

Внешняя память Гибкие магнитные диски или FDD (Floppy Disk Drive) позволяют переносить информацию с одного компьютера на другой, а также хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере. Жесткие магнитные диски (винчестеры) или HDD (Hard Disk Drive) – основной тип носителей для долговременного хранения информации. Оптические диски или CD (Compact Disk) – современный тип носителей информации, отличающихся большой емкостью и исключительной надежностью. CD-R (CD-Recordable) – записываемые оптические диски. CD-RW (CD-ReWritable) – перезаписываемые оптические диски.

Внешняя память Стримеры – это устройства для записи информации на кассеты (картриджи) с магнитной лентой. Магнитооптические диски сочетают в себе преимущества магнитной и оптической техники: информация хранится на магнитном носителе, защищенном прозрачной пленкой, а его чтение осуществляется с помощью луча лазера. Съемные диски (ZIP, JAZ-диски) – носители, аналогичные жестким дискам по принципу действия, но съемные, что удобно для резервного копирования больших объемов информации. DVD-диски (Digital Video Disk) (бывают -R и -RW) Односторонний/однослойный (4,7 Гбайт / 120 минут) Односторонний/двухслойный (8,5 Гбайт) Двусторонний/однослойный (9,4 Гбайт по 4,7 на каждой стороне) Двусторонний/двухслойный (17 Гбайт по 8,5 на каждой стороне)

Сравнительные характеристики устройств внешней памяти

Устройства ввода-вывода информации Устройства ввода-вывода обеспечивают ввод информации (программ и данных) в память компьютера и вывод результатов работы пользователю.

Устройства ввода-вывода, находящиеся в системном блоке Звуковые платы – устройства сопряжения компьютера с источниками аудиосигналов, с выходными аудиоустройствами и акустическими системами. Звуковая плата вставляется в разъем расширения на системной плате. Она может воспринимать преобразованные в электрическую форму звуковые колебания – к ней можно подключать микрофон, магнитофон, акустические системы и т.п. Полученный сигнал преобразовывается в цифровую форму, записывается в файл на диске и передается той или иной программе. Звуковая плата воспроизводит через акустические системы оцифрованные записи (находящиеся на диске) звуковых колебаний.

Устройства ввода-вывода, находящиеся в системном блоке Видеоплаты – устройства, позволяющие вводить в компьютер видеоинформацию с обычного видеомагнитофона или видеокамеры для дальнейшей ее обработки – монтажа, наложения титров и т.д. А также выводить информацию на дисплей или на видеомагнитофон.

Основные устройства ввода Клавиатура – основное устройство ручного ввода информации – команд и данных. Стандартная клавиатура имеет не менее 101 клавиши, с помощью которых могут быть сгенерированы 256 различных символов и знаков.

Основные устройства ввода Манипуляторы - устройства ввода, которые обеспечивают естественный способ общения пользователя с компьютером. Мышь: Механическая (с шариком) Оптическая (луч) Беспроводная оптическая (инфракрасное излучение или радиоспособ) Трекбол – в виде перевернутой мыши, перемещение указателя осуществляется вращением специального шарика. Джойстик – игровой манипулятор. Графический планшет (дигитайзер) со специальным покрытием, на который кладется лист бумаги и рисуют на нем графическим пером (вид шариковой ручки или пера с 1 или 2 кнопками).

Основные устройства ввода Сканеры – это устройства, позволяющие вводить в компьютер изображения с бумаги или другой плоской поверхности. Ручной сканер – для сканирования небольших изображений, так как его ширина не превышает 10 см. Для ввода изображения сканер перемещают рукой по сканируемой поверхности. Планшетный сканер позволяет вводить в компьютер изображения большого формата. И не только отдельные листы, но и страницы книг и журналов. Протяжной сканер позволяет работать только с отдельными листами. Сканирование производится при протягивании листа через устройство.

Основные устройства вывода Монитор (дисплей) – основное устройство вывода, предназначенное для отображения на экране текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветные и монохромные, с кинескопом от 14 до 23 дюймов. ЭЛТ-монитор (электронно-лучевая трубка) LCD-монитор (жидкокристаллический) TFT-монитор (плазменный)

ЭЛТ-мониторы Основным элементом ЭЛТ-монитора является электронно-лучевая трубка (CRT – Cathode Ray Tube) или кинескоп, как у обычных телевизоров. Недостатки: вес и габариты высокое энергопотребление вредное воздействие излучения

LCD-мониторы Основным элементом жидкокристаллических (ЖК) мониторов (LCD – Liquid Crystal Display) является тонкий слой жидких кристаллов между двумя стеклянными панелями. Преимущества: компактен и легок безопасен в медицинском и экологическом отношении небольшое энергопотребление цифровой метод передачи информации Недостаток – высокая цена

TFT-мониторы Плазменные мониторы (TFT – Thin Film Transistor) на основе тонкопленочных транзисторов. Преимущества: пониженное энергопотребление и теплоотдача плоский экран отсутствие следа от движущихся объектов более высокое качество изображения стойкость к электромагнитным полям безвредность для здоровья, т.к. не создают магнитных полей Недостатки: очень высокая цена довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора

Основные устройства вывода Принтер – это печатающее устройство, предназначенное для вывода текстовой и графической информации на бумагу или пленку. Матричный принтер Струйный принтер Лазерный принтер

Матричный принтер Принцип печати: печатающая головка принтера содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок). Головка движется вдоль печатаемой строки, а иголки в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту, образуя точки. Из этих точек и формируется изображение. Достоинства: низкая стоимость расходных материалов нетребовательность к качеству бумаги простота обслуживания Недостатки: невысокое качество и скорость печати большой шум при работе

Струйный принтер Принцип печати: Изображение формируется микрокаплями специальных чернил, распыляемых на бумагу через трубочки с микроскопическими отверстиями (сопла) в печатающей головке. Достоинства: низкая стоимость высокое качество и скорость печати по сравнению с матричными Недостатки: высокая требовательность к бумаге и чернилам сложность в эксплуатации и ремонте чернила «расплываются» при попадании влаги

Лазерный принтер Принцип печати: похож на копировальные аппараты, изображение переносится со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички красящего порошка (тонера). На бумаге тонер закрепляется путем нагревания. Достоинства: высокое качество и скорость печати Недостатки: высокая требовательность к бумаге высокая стоимость

Основные устройства вывода Акустические системы выводят информацию в виде звуковых колебаний колонки колонки с сабвуфером (усилитель низких частот) наушники аудиоусилители

Прочие устройства ввода-вывода Модем – это устройство для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть. Факс-модем – устройство, сочетающее возможности модема и обмена факсимильными изображениями с другими факс-модемами или обычными факс-аппаратами.

Прочие устройства ввода-вывода Сетевой концентратор (HUB) – это многопортовое устройство, к которому подключают компьютеры с помощью сетевых кабелей. Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.

Прочие устройства ввода-вывода Цифровые фотоаппараты и видеокамеры позволяют переносить полученные фото и видео на компьютер, хранить, обрабатывать, выводить на печать и пересылать по электронной почте. Web-камеры – позволяют проводить видеоконференции и дают возможность видеть своего собеседника.

Прочие устройства ввода-вывода Многофункциональное устройство (МФУ) сочетает в себе функциональность принтера, сканера и копировального аппарата. Выполняет как черно-белую печать, так и цветную (включая печать на фотобумаге).

Проверь себя! Тест по теме: "Архитектура ЭВМ"