Режимы работы микропроцессора. Регистры и команды процессора.

Архитектура – это совокупность свойств и основных характеристик, раскрывающих возможности ЭВМ и ВС (функциональные средства, принципы обработки данных, организация вычислительного процесса, логическая организация совместной работы различных устройств).

Первая архитектура ЭВМ была разработана до её появления, и ей были свойственны следующие характерные черты:

· Единственная и последовательно адресуемая память;

· Хранение программ и данных в одной памяти;

· Последовательное выполнение команд программы до появления специальных указаний (команд перехода).

ЭВМ состоит из трёх структурных элементов: процессора, памяти и устройств ввода-вывода. Управление системой целиком возложено на процессор, и для пересылки данных между устройством ввода-вывода и памятью требуется прямое управление со стороны процессора. Особенностями фон-неймановской архитектуры является:

1. Хранимая программа (программы вместе с данными хранятся в памяти);

2. Линейная память (линейное пространство адресов, которым присваиваются порядковые номера 0, 1, 2, …);

3. Последовательное выполнение команд программы;

4. Отсутствие различий между данными и командами;

5. Отсутствие различий в семантике данных (типах объектов).

В 70-х годах начался активный пересмотр фон-неймановской архитектуры, причинами которого были:

1. Понимание неизбежности кризиса программного обеспечения (ростом потребностей пользователей);

2. Расширение приложений, требующих высокой надёжности;

3. Сложность задач и сложность обеспечения параллелизма при их обработке;

4. Проблемы с пересылками (процессор – основная память);

5. Развитие СБИС-технологий.

Материнская платамикрокомпьютера (англ. motherboard), или системная плата, основное устройство, определяющее архитектуру и производительность компьютера. На материнской плате прежде всего размещаются:

Центральный процессор (Central Processor Unit, CPU) – главная микросхема, выполняющая вычислительные и логические действия;

Оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – набор микросхем для хранения данных во время работы компьютера;

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микросхема для долговременного хранения данных;

Шины – наборы проводников для обмена сигналами между внутренними компонентами компьютера;

Набор микросхем, управляющих работой внутренних компонентов компьютера и определяющих функциональные возможности материнской платы;

Разъемы (слоты) – расширения для подключения дополнительных устройств.

Системная магистраль данных (шина)

Шина - совокупность проводников, предназначенных для обмена данными между различными устройствами компьютера. Шина - общий канал связи, по которому внутри устройства передаются данные; она используется совместно различными блоками системы. Для рабочих мест на основе микропроцессора Intel-80486 с интенсивным использованием графики (анимация, САПР) где требуется обеспечить высокую пропускную способность ввода – вывода для двух – трёх контроллеров, например, видеоконтроллера и контроллера дисков, целесообразно выбрать локальную видеошину VESA. При этом можно получить компьютер с высокопроизводительными видео- и дисковой системами.

Шина VESA (или локальная шина, VL – шина) разработана ассоциацией VESA (Video Electronics Standards Association). Эта шина обеспечивает более дешевое и более эффективное подключение высокоскоростных внешних устройств, поддерживая непосредственный доступ центрального процессора к соответствующим контроллерам (видеоконтроллерам, контроллерам жестких дисков, адаптерам локальной сети). Для использования остальных устройств на компьютер устанавливается другая шина EISA. Благодаря разработанным ассоциациям VESA правилам «шинного арбитража» эти шины могут сосуществовать в одном компьютере не мешая друг другу. Компьютеры с шинами VESA и EISA часто называют «VESA/ EISA».

Оперативная память

Оперативная память (RAM, ОЗУ) обеспечивает работу с программным обеспечением. Из неё процессор и сопроцессор берут программы и исходные данные для обработки, в нее же записываются полученные результаты.

Английское название RAM – Random Access Memory – переводится как «память с произвольным доступом». Произвольность доступа подразумевает возможность операций записи и чтения с любой ячейкой ОЗУ в произвольном порядке.

После прекращения подачи питания вся информация, содержавшаяся в оперативной памяти, уничтожается. Поэтому проделанную работу необходимо сохранять в виде файлов на жестком диске ВС, либо других накопителях.

Характеристика оперативной памяти – объём, измеряемый в мегабайтах (Мб). Выбирают размер оперативной памяти с учетом задач, которые будут решаться. САПР P-CAD 8.5 требует не менее 4 Мб, а фактически 8 – 12 Мб оперативной памяти.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) служит для хранения программ начальной загрузки компьютера и режимом его работы является считывание данных. ПЗУ – это энергонезависимая память. И при выключении питания содержимое ПЗУ сохраняется. Энергонезависимая память в основном применяется для хранения неизменяемой (или редко изменяемой) информации – системного программного обеспечения (BIOS), таблиц и т.д. Т.к. эта информация обычно является ключевой для функционирования ВС, то энергонезависимая память должна обладать такими важными параметрами как время хранения и устойчивость к электромагнитным воздействиям.

Контроллеры.

Контроллеры (К). Эти устройства служат для управления внешними устройствами (ВУ). Каждому ВУ соответствует свой контроллер. Электронные модули – контроллеры реализуются на отдельных печатных платах, вставляемых внутрь системного блока. Такие платы часто называют адаптерами ВУ (от слова «адаптировать» – «приспосабливать»). После получения команды от микропроцессора контроллер функционирует автономно, освобождая микропроцессор от выполнения специфических функций, требуемых для того или другого конкретного ВУ. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры и адаптеры), находятся на отдельных платах, вставляющихся в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере – шине. Таким образом, наличие свободных разъемов шины обеспечивает возможность добавления к компьютеру новых устройств.

Контроллеры портов ввода-вывода – это контроллеры, которые присутствуют в каждом компьютере. Они бывают следующих типов: параллельные (LPT), к ним подключаются печатающие устройства (принтер, плоттер), асинхронные последовательные (COM), к ним, например, подсоединяется мышь. Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большего числа проводов в кабеле).

Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую еще называют шиной.

Жесткий диск.

Жесткий диск (винчестер (Winchester), HDD) – предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе компьютера: операционной системы, документов и т.д.

Минимальные требования емкости винчестера для установки P-CAD 8.5 составляют 10 Мбайт, но так как файл с одним высококачественным изображением печатной платы может занимать десятки Мбайт, то компьютер оснастим жестким диском емкостью 10 Гбайт.

Одной из основных характеристик жесткого диска является среднее время, в течение которого винчестер находит нужную информацию. Современные винчестеры (а такой мы и взяли) обеспечивают доступ к информации за 8-10 мс.

Другой характеристикой винчестера является скорость чтения и записи, но она зависит не только от самого диска, но и его контроллера, шины, быстродействия процессора. У стандартных современных жестких дисков эта скорость составляет 15-17 Мбайт/с.