Центральный процессор, оперативная память, системная магистраль

- Метод страничной организации (Page-mode) . При данном методе организации память адресуется не по байтам, а по границам страниц. Размер страницы обычно равен 1 или 2 Кбайта. Данный метод предполагает наличие в системе кэш-памяти емкостью не менее 128 Кб куда предварительно считываются требуемые страницы оперативной памяти для последующей переработки МП или другим устройством. Обновленная информация периодически из кэш-памяти сбрасывается в оперативную память.

Последние два метода системной организации памяти предполагают обязательное наличие в системе  сверх быстродействующей кэш-памяти для опережающего (read-ahaed) чтения в  нее информации из оперативной памяти с последующей обработкой ее микропроцессором, что снижает время простоя последнего и повышает общую производительность системы.

Оперативная память является одним из важнейших элементов  компьютера.

Именно из нее процессор  берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. ³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    ________________________________________________________

 

³ Черноскутова И.А. Информатика: учеб. пособие для вузов/ И.А.Черноскутова.- СПб.: Питер, 2005. — 156 с.

 

3.Системная магистраль

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь  с оперативной памятью, процессор  связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Шина - это группа электрических каналов, передающая до 32 двоичных цифр (битов) за один раз. Процессоры, вроде Intel Pentium и его конкурентов, способны обрабатывать все 32 двоичные цифры одновременно, поэтому они и называются 32-битные процессоры.

Магистраль (системная  шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса, шину управления.

Они представляют собой  многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная  память, а также периферийные устройства ввода и вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинной языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Шину данных. Шина данных служит для пересылки данных между центральным процессором и памятью или центральным процессором и устройствами ввода/вывода. Эти данные могут представлять собой как команды центрального процессора, так и информацию, которую центральный процессор посылает в порты ввода/вывода или принимает оттуда. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от одного устройства к другому в любом направлении. Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.В МП 8088 шина данных имеет ширину 8 разрядов. В МП 8086, 80186, 80286 ширина шины данных 16 разрядов; в МП 80386, 80486, Pentium и Pentium Pro - 32 разряда.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении - от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит.

Шина управления. По шине управления передаются управляющие сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали и предназначенные памяти и устройствам ввода/вывода. Сигналы управления показывают, какую операцию - считывание или запись информации из памяти - нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее. Магистральная организация предполагает наличие управляющего модуля. Основное назначение этого модуля - организация передачи слова между двумя другими модулями.

Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в  произвольные моменты времени), а  также использовать различные схемы  арбитража (то есть способа совместного  использования шины несколькими устройствами). Если обмен информацией ведется между периферийным устройством и контроллером, то соединяющая их линия передачи данных называется интерфейсом передачи данных, или просто интерфейсом. Среди применяемых в персональных компьютерах интерфейсов выделяются стандарты EIDE и SCSI.

Три состояние на шине - это состояния высокого уровня, низкого уровня и 3-ее состояние. 3-ее состояние позволяет устройству или процессору отключиться от шины и не влиять на уровни, устанавливаемые  на шине другими устройствами или процессорами. Таким образом, только одно устройство является ведущим на шине. Управляющая логика активизирует в каждый конкретный момент только одно устройство, которое становиться ведущим. Когда устройство активизировано, оно помещает свои данные на шину, все же остальные потенциальные ведущие переводятся в пассивное состояние. К шине может быть подключено много приемных устройств. Сочетание управляющих и адресных сигналов, определяет для кого именно предназначаются данные на шине. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю когда ему следует принимать данные. Получатели и отправители могут быть однонаправленными и двунаправленными.

Операция на системной  магистрали начинается с того, что управляющий модуль устанавливает на шине кодовое слово модуля - отправителя и активизирует линию строба отправителя. Это позволяет модулю, кодовое слово которого установлено на шине, понять, что он является отправителем. Затем управляющий модуль устанавливает на кодовое слово модуля - получателя и активизирует линию строба получателя. Это позволяет модулю, кодовое слово которого установлено на шине, понять, что он является получателем. После этого управляющий модуль возбуждает линию строба данных, в результате чего содержимое регистра отправителя пересылается в регистр получателя. Этот шаг может быть повторен любое число раз, если требуется передать много слов. Данные пересылаются от отправителя получателю в ответ на импульс, возбуждаемый управляющим модулем на соответствующей линии строба. При этом предполагается, что к моменту появления импульса строба в модуле - отправителе данные подготовлены к передаче, а модуль - получатель готов принять данные. Такая передача данных носит название синхронной (синхронизированной).

Процессы на магистралях  могут носить асинхронный характер. Передачу данных от отправителя получателю можно координировать с помощью  линий состояния, сигналы на которых  отражают условия работы обоих модулей. Как только модуль назначается отправителем, он принимает контроль над линией готовности отправителя, сигнализируя с ее помощью о своей готовности принимать данные. Модуль, назначенный получателем, контролирует линию готовности получателя, сигнализируя с ее помощью о готовности принимать данные. При передаче данных должны соблюдаться два условия. Во-первых, передача осуществляется лишь в том случае, если получатель и отправитель сигнализируют о своей готовности. Во-вторых, каждое слово должно передаваться один раз. Для обеспечения этих условий предусматривается определенная последовательность действий при передачи данных. Эта последовательность носит название протокола. В соответствии с протоколом отправитель, подготовив новое слово, информирует об этом получателя. Получатель, приняв очередное слово, информирует об этом отправителя. Состояние линий готовности в любой момент времени определяет действия, которые должны выполнять оба модуля. Каждый шаг в передаче данных от одной части системы к другой называется циклом магистрали (или часто машинным циклом). Частота этих циклов определяется тактовыми сигналами центрального процессора. Длительность цикла магистрали связана с частотой тактовых сигналов.

Системная магистраль является узким местом ЭВМ, так как все  устройства, подключенные к ней, конкурируют за возможность передавать свои данные по ее шинам. ⁴

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    ________________________________________________________

 

   ⁴ Соболь Б.В. Информатика: учеб. пособие для вузов/ Б.В. Соболь, А.Б.Галин, Ю.В. Панов, Е.В. Рашидова, Н.Н. Садовой.- Ростов – на – Дону: Феникс, 2007. – 86 с.

Заключение

Процесс взаимодействия процессора и памяти сводится в основном к двум операциям: запись информации в память и чтение информации из памяти. При записи процессор по специальным проводникам (шине адреса) передает биты, кодирующие адрес; по другим проводникам (шине управления) передает управляющий сигнал - "запись" и по еще одной группе проводников (шине данных) передает записываемую информацию. При чтении также по шине адреса передается соответствующий адрес оперативной памяти и с шины данных считывается требуемая информация.

Каждый компьютер не только умеет правильно и быстро считать, но и представляет собой  огромное хранилище информации, созданное  человеком. В настоящее время все шире стала использоваться специфическая функция компьютеров - информационная, и именно это является одной из причин наступающей «всеобщей компьютеризации». Обычно информацию готовят на компьютере, затем печатают и уже в таком виде распространяют.

Постепенно меняется цель использования компьютеров. Прежде компьютеры применяли для различных научно-технических и экономических расчетов и работали на них пользователи с общей компьютерной подготовкой и программисты. Теперь же, благодаря телекоммуникациям, кардинально меняется технология использования компьютеров пользователем.

В совершенствовании  будущих ЭВМ видны два пути. На физическом уровне это переход  к использованию иных физических принципов построения узлов ЭВМ  на основе оптоэлектроники, использующей оптические свойства материалов, на базе которых создаются процессор и оперативная память, и криогенной электроники, использующей сверхпроводящие материалы при очень низких температурах. На уровне совершенствования интеллектуальных способностей машин, отнюдь не всегда определяемых физическими принципами их конструкций, постоянно возникают новые результаты, опирающиеся на принципиально новые подходы к программированию.

 

Список использованных источников и литературы

1.Острейковский В.А.Информатика. Теория и практика: учеб. пособие для вузов/ В.А. Острейковский, И.В. Полякова. – М.: Оникс, 2008. – 608 с.

2.Симонович С. В.   Информатика. Базовый курс. 2-е издание: учебник для           вузов / С. В. Симонович. — СПб.: Питер, 2004. — 640 с.

3.Данчула А.Н. Информатика: учеб. пособие для вузов/ А.Н.

Данчула . – М.: Рагс, 2004. – 528 с.

4.Черноскутова И.А. Информатика: учеб. пособие для вузов/ И.А.Черноскутова.- СПб.: Питер, 2005. — 272 с.

5.Соболь Б.В. Информатика:  учеб. пособие для вузов/ Б.В.  Соболь, А.Б.Галин, Ю.В. Панов, Е.В. Рашидова, Н.Н. Садовой.- Ростов – на – Дону: Феникс, 2007. – 446 с.