Функциональные характеристики персонального компьютера
Лекция №21
Дополнительные интегральные микросхемы. Функциональные характеристики персонального компьютера.
План
Дополнительные интегральные микросхемы.
Элементы конструкции ПК.
Функциональные характеристики персонального компьютера.
Дополнительные интегральные микросхемы
К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные интегральные микросхемы, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора:
□ математический сопроцессор;
□ контроллер прямого доступа к памяти;
□ сопроцессор ввода-вывода;
□ контроллер прерываний и т. д1.
Математический сопроцессор используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с фиксированной и плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно во времени с основным МП, под его непосредственным управлением. Ускорение операций происходит в десятки раз. Современные модели МП, начиная с МП 80486 DX, включают сопроцессор в свою структуру.
Контроллер прямого доступа к памяти (DMA — Direct Memory Access) обеспечивает обмен данными между внешними устройствами и оперативной памятью без участия микропроцессора, что существенно повышает эффективное быстродействие ПК. Иными словами, режим DMA позволяет освободить процессор от рутинной пересылки данных между внешними устройствами и ОП, отдав эту работу контроллеру DMA; процессор в это время может обрабатывать другие данные или другую задачу в многозадачной системе.
Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП существенно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств (дисплея, принтера, НЖМД, НГМД и т. д.); освобождает МП от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.
Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания. Прерывание — временная приостановка выполнения одной программы с целью оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы. Контроллер принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. Микропроцессор, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы. Контроллер прерываний является программируемым. Прерывания возникают при работе компьютера постоянно, достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям. Например, в компьютерах IBM PC прерывания от таймера возникают и обслуживаются контроллером прерываний 18 раз в секунду (длятся эти прерывания тысячные доли секунды, и поэтому пользователь их не замечает).
Элементы конструкции ПК
Конструктивно ПК выполнены в виде центрального системного блока, к которому через разъемы-стыки подключаются внешние устройства: дополнительные блоки памяти, клавиатура, дисплей, принтер и т. д.
Системный блок обычно включает в себя системную плату, блок питания, накопители на дисках, разъемы для дополнительных устройств и платы расширения с контроллерами — адаптерами внешних устройств.
На системной плате (часто ее называют материнской платой — motherboard), в свою очередь, размещаются:
□ микропроцессор;
□ системные микросхемы (чипсеты);
□ генератор тактовых импульсов;
□ модули (микросхемы) ОЗУ и ПЗУ;
□ микросхема CMOS-памяти;
□ адаптеры клавиатуры, НЖМД и НГМД;
□ контроллер прерываний;
□ таймер и т. д.
Многие из них подсоединяются к материнской плате с помощью разъемов.
Функциональные характеристики персонального компьютера
Основными характеристиками ПК являются:
1. Быстродействие, производительность, тактовая частота.
Единицами измерения быстродействия служат:
· МИПС (MIPS — Mega Instruction Per Second) — миллион операций над числами с фиксированной запятой (точкой);
· МФЛОПС (MFLOPS — Mega FLoating Operations Per Second) — миллион операций над числами с плавающей запятой (точкой);
· КОПС (KOPS - Kilo Operations Per Second) для низкопроизводительных ЭВМ — тысяча неких усредненных операций над числами;
· ГФЛОПС (GFLOPS — Giga FLoating Operations Per Second) — миллиард операций в секунду над числами с плавающей запятой (точкой).
Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная, ибо при этом ориентируются на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды операций. Реально, при решении различных задач используются и различные наборы операций. Поэтому для характеристики персонального компьютера вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины, так как каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции.
2. Разрядность машины и кодовых шин интерфейса.
Разрядность — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность персонального компьютера.
3. Типы системного и локальных интерфейсов.
Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды.
4. Емкость оперативной памяти.
Емкость оперативной памяти измеряется в мегабайтах (Мбайт).
Следует иметь в виду, что увеличение емкости оперативной памяти в 2 раза, дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении сложных задач примерно в 1,7 раза.
5. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках {винчестера).
Емкость винчестера измеряется обычно в гигабайтах (1 Гбайт = 1024 Мбайт).
6. Виды и емкость КЭШ-памяти.
КЭШ-память — это буферная, не доступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется регистровая КЭШ-память внутри микропроцессора (КЭШ-память первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (КЭШ-память второго уровня); для ускорения операций с дисковой памятью организуется КЭШ-память на ячейках электронной памяти.
Следует иметь в виду, что наличие КЭШ-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК примерно на 20%.
7. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.
8. Тип принтера.
9. Наличие математического сопроцессора.
Математический сопроцессор позволяет в десятки раз ускорить выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами.
10. Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.
11. Надежность.
Надежность — это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции. Надежность ПК измеряется обычно средним временем наработки на отказ.
12. Стоимость.
Контрольные вопросы:
1. Что такое математический сопроцессор?
2. Что такое контроллер прерываний?
3. Что включает в себя системный блок?
4. Какие единицы измерения быстродействия вы знаете?
5. Что такое разрядность машины?
6. В чем измеряется емкость оперативной памяти?
Литература:
1. Кислицын Д.И. Инструментальные средства информационных систем. Внутреннее устройство ЭВМ [Текст]: учебное пособие / Д.И. Кислицын; Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т.- Н.Новгород: ННГАСУ, 2011.- 143с.
2. http://studopedia.su/1_16405_dopolnitelnie-integralnie-mikroshemi.html