Характеристики устройств

Центральный процессор

Центральный процессор представляет собой интегральную микросхему, которая выполняет арифметические и логические операции, расшифровывает и реализует команды; управляет работой компьютера. Представляет собой миллионы транзисторов, объединенных в одну микросхему. Эти транзисторы используются как усилители и переключатели.

В эту схему входят усилители и конденсаторы. Эту схему называют чипом.

Современные процессоры могут включать в себя и сопроцессор. В современных устройствах используется двуядерный процессор.

Обработка данных осуществляется циклами, в три операции:

- Загрузку

- Декодирование

- Исполнение команд

В целом это называется цикл инструкции.

Совокупность инструкций и есть та программа, которая располагается в памяти, откуда и загружается в процессор. Данные этой программы поступают в процессор, который выполняет программы в соответствии с инструкцией.

Характеристики процессора

1. Степень интеграции – какое количество элементов (транзисторов, конденсаторов, резисторов) объединяется в этой микросхеме.
2. Внутренняя и внешняя разрядности. Внутренняя – это количество бит, которые могут обрабатываться в процессоре при совершении операции. Внешняя разрядность – соответствует числу бит, которые одновременно передаются по магистралям шин. Эти шины характеризует разрядность и тактовая частота. Под тактовой частотой системы понимается тактовая частота системной шины. Для задания тактовой частоты в системе используется несколько тактовых генераторов.

КЭШ-память.

КЭШ-память характеризуется тем, что она очень короткая и весьма оперативная. Все команды поступают в первую очередь в нее. Если процессор использует ее, то команды извлекаются из КЭШ-памяти значительно быстрее, чем из постоянной. Таким образом, все происходит значительно быстрее, чем, если бы работали только с основной памятью.

Устройство памяти

Сама память разделяется на основную – внутреннюю и внешнюю.

Основная память – это такая память, которая постоянно обращается в процессор за получением команд и данных, необходимых для работы системы.

Внешняя память – это запоминающее устройство, где храниться память до и после обработки компьютера.

Основная память включает в себя оперативную и основную.

Оперативная память используется для оперативного обмена информации – командами и данными между процессорами и периферийными устройствами – монитором и т. д.

Оперативное запоминающее устройство ОЗУ

Устройство ОЗУ или (RAM) – память с произвольным доступом; возможны операции чтения-записи с любой ячейкой ОЗУ в произвольном порядке.

Требования к ОЗУ

- Большой объем хранимой информации

- Быстродействие

- Высокая надежность хранения

Роль оперативной памяти

Для того, чтобы программа заработала, ее нужно перегрузить из постоянной в оперативную. Тогда к этим данным у процессора будет доступ.

При недостатке процессор будет вынужден обращаться к постоянной памяти, но уже через специальный буфер, который будет являться частью оперативной памяти. Такое обращение будет замедлять работу всей системы.

Оперативная память

Оперативная память может выполняться с использованием статических и динамических элементов памяти.

Динамические системы построены на использовании системы конденсаторов, которые либо заряжены (1) либо нет (0). В идеальном конденсаторе заряд может храниться неограниченно. Реальные конденсаторы имеют большой ток утечки, поэтому необходима постоянная регенерация хранимой информации. Такая регенерация производится наряду со считыванием. Если обращения к памяти нет в течении нескольких миллисекунд, то нужно задействовать специальную программу, обновляющую через определенные интервалы времени (все те же миллисекунды).

Статическое ОЗУ – состоит из ячеек, содержащих триггеры и связанную с ним систему управления.

Триггер – это транзистор, который может быть либо открыт либо закрыт. Каждая такая ячейка хранит один бит информации. В такой ячейке бит храниться до тех пор, пока не будет отключено питание.

Статическое ОЗУ имеет существенно большее быстродействие доступа, чем динамическое, но стоит дороже. Оно может выполняться для функций, где это быстродействие обязательно.

И динамическое и статическое ОЗУ являются энергозависимыми, и при отключении питания происходит потеря информации. Если необходимо сохранить информацию, ТО нужно периодически включать батареи или аккумуляторы для поддержания элементов.

Вследствие медленности обмена информацией между ОЗУ и другими компонентами процессора вводится сверхоперативная КЭШ-память.

Эта КЭШ-память не хранит конкретную информацию самостоятельно, а в нее копируются блоки данных тех областей, к которым происходили последние обращения. Так как вероятность повторных обращений велика, то при повторном обращении информация будет черпаться из КЭШ-памяти. Объем КЭШ-памяти в сотни раз меньше, чем ОЗУ, но дает большой выигрыш в быстродействии.

К внутренней памяти также относится устройство энергонезависимого, постоянного хранения системной информации – BIOS. Система BIOS содержит набор основных функций управления включения компьютера при начале его работы. Выполняется на статических элементах и поддерживается аккумуляторами. Продолжительность хранения – до двух лет.

Оперативная память выполняет три основные функции:

- Представляет операционной системе аппаратные драйверы и осуществляет первичное сопряжение между материнской платой и остальными устройствами компьютера.

- Содержит тестовую программу проверки системы – т. н. POST. POST – это тестовая программа, которая при включении компьютера проверяет все компоненты.

- Содержит программу CMOS set up – для установки параметров BIOS и аппаратных конфигураций компьютера.

Для установки CMOS может отводиться специальная область памяти, называемая CMOS RAM. Поэтому могут быть непрограммируемые или перепрограммируемые BIOS. Там же храниться системный таймер. Для хранения BIOS могут использоваться микросхемы электрически стираемой, программируемой памяти – FLASH BIOS. CMOS – полупроводниковая память проводимого типа.

Основные характеристики микросхем памяти.
Эти микросхемы вделаны в виде модулей, можно заполнять память.
Основные характеристики микросхем памяти
- тип памяти
- емкость
- разрядность
- быстродействие

Емкость памяти. Для повышения быстродействия обычно используется 4, 8, 16, 32, 64 линий ввода-вывода. Это и есть разрядность памяти. Производится одновременное чтение, запись всех ячеек по одному адресу. Адрес один, но хранится информации в разных матрицах. Одновременная запись нескольких бит информации – разрядов.
Количество бит информации, которые находятся в ячейках каждой матрицы, называется глубиной адресного пространства. Общая емкость памяти будет определяться произведением глубины адресного пространства на количество разрядов.
Если глубина адресного пространства 5 мегабайт и 16 линий ввода, то общая емкость будет равна 5 16=80 мегабайт.
Быстродействие будет определяться временем действия между двумя операциями чтения и записи.

Методы повышения скорости обмена данными:

- Применение пакетного режима

- Чередование памяти

- Разбиение памяти на страницы

- Кэширование

В пакетном режиме запрос осуществляется не побайтно, а производится считывание несколько рядом расположенных байт. Чередование байтов – логически связанные байты располагаются друг за другом. Но вследствии регенерации считывание следующего может быть недоступно из-за паузы – для регенерации того, что есть. Чтобы этого не было, эти последовательно связанные байты располагаются не последовательно, а в параллельные банки памяти.

Тогда, когда идет регенерация в первом банке, производится считывание из второго банка, а контроллер распределяет информацию по страницам.

Разбиение по страницам

Поскольку соседние байты связаны логически, то разбив память на страницы, и зная, что мы обращаемся последовательно, то можно не повторять координаты страницы, а можно давать только координаты самого байта.

КЭШ – быстродействующая память, работающая на тактовой частоте процессора, не требует никаких циклов ожидания.

Количество требуемой памяти зависит от самой программы. Сам объем оперативной памяти должен быть в 2-3 раза больше, чем объем самой обрабатываемой страницы.

Шины и порты

Совокупность линий проводников, по которым идет обмен информацией, компоненты и устройства компьютера называются шиной BASF.

Часто шины имеют разъемы для подключения внешних портов, которые сами становятся частью обмена информацией.

Шины различаются по функциональному назначению.

- Системная шина – по ней производится обмен информацией между процессором и микросхемами chipset.

- Шина памяти – предназначена для обмена информацией между процессором и оперативной памятью.

- КЭШ-шины – для обмена информацией между процессором и КЭШ-памятью.

- Шины ввода и вывода – могут быть стандартные или локальные.

Стандартные – для подключения к компьютеру вводных устройств – модема, мыши, клавиатуры. Могут использоваться шины USB. Можно подключать до 250 устройств. Эти устройства можно подключать и отключать во время работы компьютера. Для подключения устройств хранения информации и ввода видеоданных могут использоваться шины FIREWIRE. Существуют также шины SCSI – достаточно скоростная – также предназначена для подключения устройств, требующих высокого скоростного обмена – CD-ROM и др.

Скоростная локальная шина – предназначена для подключения между системной шиной и периферийными устройствами – адаптеры, видеокарты и другие.

В настоящее время – это шины PSI. Также имеется шина AGP – для подключения видеоданных. По сути, является портом.

Архитектура любой шины включает в себя следующие компоненты:

- Линии для обмена данных

- Линии для адресации данных

- Линии управления данных

- Контроллеры шины

Линии для адресации данных – предназначены для адресации данных какому-либо устройству.

Линии управления данных – по ним передаются служебные данные – сигнал готовности к приему передачи данных, сигнал подтверждения приема данных, сигнал начала считывания и т. Д.

Контроллер шины – управляет процессом обмена данными и сигналами.