Аппаратные средства. Функции основных блоков ЭВМ.
Любая ЭВМ фон-неймановской архитектуры содержит (рис. 3.2.):
 |
Рис. 3.2. Обобщенная логическая структура ЭВМ
· арифметико-логическое устройство (АЛУ);
· устройство управления (УУ);
· запоминающее устройство (ЗУ);
· устройства ввода-вывода (УВВ);
· пульт управления (ПУ).
В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором
Процессор, или микропроцессор, является основным устройством ЭВМ.
Функции процессора:
· обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
· программное управление работой устройств компьютера.
<TBODY>Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). </TBODY>
Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.
Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора. Для ее увеличения процессор использует собственную память небольшого объема, именуемую местной, или сверхоперативной, что в некоторых случаях исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ.
Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы – последовательности инструкций (команд), записанных в порядке выполнения. В процессе выполнения программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшифровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они и обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.
Память. Обрабатываемые данные и выполняемая программа должны находиться в запоминающем устройстве – памяти вычислительной машины, куда они заносятся через устройство ввода. Память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу, и включает в себя запоминающие устройства различных типов. Функционально она делится на две части: внутреннюю и внешнюю.
Внутренняя, илиосновная память – это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором
Функции памяти:
· приём информации из других устройств;
· запоминание информации;
· выдача информации по запросу в другие устройства машины.
Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, определяемый системой адресации машины.
Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную(ОЗУ) и постоянную (ПЗУ).Оперативная память, по объему составляющая большую часть внутренней памяти, служит для приема, хранения и выдачи информации. При выключении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется.Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти, содержимое постоянной памяти заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранятся часто используемые программы и данные, например, некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется.
При включении компьютера из ПЗУ в ОЗУ с помощью аппаратных средств загружается короткая программа-“стартер”, которая загружает из внешней памяти блоки операционной системы, необходимые для работы компьютера. После этого компьютер готов к работе.
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые к тому же являются переносимыми. Емкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем к внутренней.
Для измерения объема памяти основная единица – байт (8 двоичных разрядов, т.е. 8 бит). Однако используются и единицы, производные от байта (см. таблицу).
| Наименование | Количество байт |
| Слово | |
| Двойное слово | |
| Килобайт | 1024 = 210 |
| Мегабайт | 10242 |
| Гигабайт | 10243 |
Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных устройств ЭВМ (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и выполняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства. В качестве ВЗУ используют накопители на магнитных и оптических дисках, а также накопители на магнитных лентах.
По принципам функционирования ВЗУ разделяются наустройства прямого доступа (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последовательного доступа (накопители на магнитных лентах). Первые обладают большим быстродействием, поэтому они являются основными внешними запоминающими устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования ЭВМ. Вторые используются в основном для резервирования информации.
Устройства ввода-вывода служат, соответственно, для ввода информации в ЭВМ и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Иногда их называют периферийными или внешними устройствами ЭВМ. К ним относятся, в частности, дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа «мышь», алфавитно-цифровые печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры и др. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти ЭВМ. Для управления внешними устройствами (в том числе и ВЗУ) и согласования их с системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами, так называемые адаптеры или контроллеры.
Системный интерфейс – это конструктивная часть ЭВМ, предназначенная для соединения и согласованного взаимодействия её устройств и обмена информацией между ними.
Блочная (модульная) организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между блоками. Магистраль включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления. Каждая шина содержит провода и схемы сопряжения для подключения соответствующих модулей ПК.
- шина данных предназначена для параллельной передачи всех разрядов числового кода операндов выполняемых машинных команд;
- шина адреса предназначена для параллельной передачи всех разрядов адреса ячеек, участвующих в выполнении команды;
- управляющая шина предназначена для передачи управляющих сигналов во все блоки ПК.
Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме:
</TBODY>
Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.
<TBODY>Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода (специальные ячейки памяти под вводимые данные) и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.