Образование за рубежом

PlayPhrase.me - Учи английский

2.2. СИСТЕМНЫЙ БЛОК КОМПЬЮТЕРА

2.2.1. ПРОЦЕССОР.

Центральный процессор (ЦП) – это сердце компьютера. ЦП представляет собой очень маленький кремниевый кристалл с огромным количеством (несколько млн.) размещенных в нем транзисторов. ЦП часто называют чипом, микропроцессором (МП) (эти слова в последнее время стали синонимами).

В компьютерах типа IBMPC используются МП фирмы Intel, а также совместимые с ними МП других фирм: AMD, Cyrix, IBM и др.

МП отличаются 2 характеристиками:

  • модель (тип). Наиболее распространены Intel-8088, 80286, 80386, 80486, Pentium.

  • тактовая частота – количество выполняемых МП
    элементарных операций за 1 секунду, МГц. Intel-8088 имел тактовую частоту 4,77 МГц.
    Сейчас эти цифры выросли до сотен МГц (Celeron – 600МГц).

    Разные модели МП выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Чем выше модель МП, тем меньше тактов требуется для выполнения одной и той же операции. Это значит, что, например, Intel-80386 работает в 2 раза быстрее, чем Intel-80286 с такой же тактовой частотой.

    Действия ЦП заключаются в выполнении некоторой программы, т.е. набора команд, поступающих в строго определенном порядке. Процесс выполнения команды состоит в следующем. Вначале двоичный код команды извлекается из памяти по заданному адресу. Затем он преобразуется во внутренний для процессора код (команда дешифруется). И, наконец, команда исполняется. Для выполнения многих команд добавляются действия по считыванию данных из памяти. Такие команды выполняются дольше, т.к. создается интервал времени, когда ЦП ожидает поступления данных. Чтобы ускорить работу ЦП, применяется механизм конвейеризации: пока одна команда извлекается из памяти, вторая в это же время дешифруется, а третья исполняется. Одновременно в конвейере могут находиться 5 – 6 команд, каждая на разной стадии работы с ней. Быстродействие компьютера значительно увеличивается.

    ЦП могут работать в различных режимах:

  • реальный (стандартный) режим – однозадачный, т.е., прежде
    чем перейти к очередной задаче, нужно закончить предыдущую.

  • защищенный - многозадачный. Т.к. все одновременно выполняемые программы
    используют одни и те же ресурсы компьютера, то возникает задача защиты данных
    одной программы от повреждения со стороны другой программы.

    2.2.2. СОПРОЦЕССОР.

    Это специальное устройство для выполнения математических операций над вещественными (дробными) числами. МП Intel-8088, 286, 386 не содержат специальных команд для работы с числами с плавающей точкой. Каждое действие над такими числами моделируется с помощью нескольких десятков операций МП, что сильно снижает эффективность работы ПК. Поэтому нужно использовать математические сопроцессоры Intel-8087, 80287, 80387. При этом скорость выполнения операций с вещественными числами может возрасти в 5 – 15 раз. МП Intel-80486 и выше сами поддерживают операции с плавающей точкой (сопроцессор встроен в МП).

    2.2.3. ПАМЯТЬ.

    Память компьютера удобно представлять в виде последовательности ячеек. Каждая ячейка содержит информацию в количестве 1 байт. Любая информация хранится в памяти ПК в виде последовательности байтов. Ячейки пронумерованы друг за другом, причем номер первого от начала памяти байта равен нулю. Основная задача, стоящая перед ПК при работе с памятью, - это найти данное или команду, т.е. определить местоположение требуемой информации в памяти. Для этого введено понятие адреса в памяти. Адрес информации – это номер первого из занимаемых этой информацией байтов. Каково наибольшее число для указания адреса? (Иначе: чем определяется объем доступной памяти компьютера?) Адрес, как и любая другая информация в компьютере, представляется в двоичном виде. Значит, наибольшее значение адреса определяется количеством битов, используемых для его двоичного представления. Обмен данными между ЦП и памятью осуществляется с помощью специального устройства, называемого шиной. Упрощенно шину можно представить себе как набор параллельных проводов, каждый из которых передает 1 бит информации: 1 или 0. Количество проводов в шине – это ширина шины. Именно ширина шины и есть то количество битов (разрядов), которое определяет количество одновременно передаваемой информации. Чем шире шина (больше ее разрядность), тем больше данных можно передавать одновременно, тем быстрее работает компьютер. Для передачи адресов используется шина адреса(ША), для передачи данных – шина данных. Естественно, что процесс усовершенствования современных компьютеров включает в себя и переход к более широким шинам. Т.о., наибольшее число N, которое можно использовать для указания адреса в памяти, определяется шириной n шины адреса по формуле: N = 2n. Итак, ширина шины адреса определяет объем доступной памяти компьютера. Современные IBM-совместимые компьютеры имеют ширину шины адреса 20, 24 или 32 разряда. ПК с 20-разрядной ША могут обращаться (адресовать) до 1 Мб (220 б) памяти. ПК с 24-разрядной ША могут адресовать уже до 16 Мб (224 б) памяти, а компьютеры с 32-разрядной шиной – именно они составляют большинство используемых в нашей стране компьютеров – могут адресовать уже до 4 Гб (232 б).

    Весь объем памяти состоит из 3 частей:

  • основная
    (или стандартная) – conventional memory
    – обычная память - занимает первые или,
    как говорят, нижние 640 Кб памяти;

  • верхняя (UMA – UpperMemoryArea) – занимает 384 Кб: от 640 Кб до 1Мб;

  • расширенная(extended memory) – память за пределами
    1 Мб. Первые 64 Кб расширенной памяти называется областью высокойпамяти (highmemoryarea).

    В процессе работы ПК каждая из этих частей используется для хранения определенных видов программ и данных.

    Вся память ПК делится на 2 вида:

  • ОЗУ

  • ПЗУ.

    Оперативная память (ОЗУ, RAM – RandomAccessMemory – память с произвольным доступом) – предназначена для чтения и записи информации. Содержимое этого вида памяти не сохраняется при выключении ПК (энергозависимая память). ОЗУ используется для хранения программ, составляемых пользователем, а также исходных, конечных и промежуточных данных, получающихся при работе процессора. В качестве запоминающих элементов в ОЗУ используются либо триггеры (статическое ОЗУ), либо конденсаторы (динамическое ОЗУ).

    Постоянная память (ПЗУ, ROM – ReadOnlyMemory – память только для чтения) – позволяет только считывать информацию. Запись в этот вид памяти невозможна. Благодаря этому информация, находящаяся в ПЗУ, защищена от нарушений и изменений. Содержимое этого вида памяти сохраняется при выключении ПК (энергонезависимая память). В ПЗУ находятся важные для правильной работы ПК данные и программы, часть из которых ПК использует для своей работы сразу после включения (тест-мониторные программы, драйверы и др.). Перспективным видом постоянной памяти является память с электрическим способом стирания и записи информации (FLASH-память), которая при острой необходимости позволяет перепрограммировать ПЗУ и тем самым оперативно улучшать характеристики ЭВМ. ПЗУ расположено в верхней памяти, т.е. составляет лишь небольшую часть общего объема памяти ПК. Большую часть всего объема памяти ПК занимает ОЗУ.

    Есть еще один вид памяти, служащий для ускорения работы ПК – кэш-память(cache – тайник, т.к. она не доступна для программиста, а автоматически используется компьютером). В кэш-памяти запоминаются на некоторое время полученные ранее данные, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. Время доступа к информации, хранящейся в кэш-памяти, меньше, чем время доступа к этой же информации, хранящейся в других видах памяти ПК. Механизм кэширования ускоряет работу ПК, т.к. быстро действующим устройствам не приходится ожидать поступления информации от медленно действующих по сравнению с ними видов памяти. Кэш-память первого уровня размещается на одном кристалле с процессором, второго уровня – на материнской плате. Всего в современных ЭВМ имеется 2-3 ЗУ этого вида.

  •