Организация и устройство ПК

       Микропроцессор   состоит  из  ряда  логических  блоков. В состав блоков входит арифметико-логическое устройство (АЛУ)  и   устойство   управления   (УУ).  Устройство  управления осуществляет координацию работы всех устройств компьютера – микропроцессора, оперативной памяти, дисковых запоминающих усройств и т.д.

      АЛУ – это та часть микропроцессора,  в которой выполняются арифметические операции (+, - , / , *) , а также логические операции (и, или, если, не, истина, ложь, >, <, = , <=, >= , <> и т.д.).

       Aдрес – номер ячейки памяти  для хранения информации.

      Регистр – область временного  хранения данных, инструкций и кованд.

      Память состоит из ячеек, Ее  основу составляют два принципа  – возможность произвольного  доступа к ячейкам и возможность  сохранения программ. Компью-

тер на каждом такте  своей работы может обращаться к  любым ячейкам памяти, как для чтения так и для записи, по соответствующим адресам.

      Компьютер выполняет программу, которая представлена в цифровой форме и хранится   в   той  же  памяти,  что  и  данные, подлежащие   обработке по той же программе.   Перед началом решения задачи, программа вводитсяв отведенные ячейки памяти и хранится там до окончания выполнения.

       Таким   образом,   ячейка  это  упорядоченная  последовательность  разрядов, каждый  из  которых   служит  для  хранения  соответствующего  символа. Число таких разрядов в ячейке называют разрядностью. Она отражает длину машинного слова. Разряды,  в которых могут быть  записаны 0  или 1 называют двоичными или битами. Разрядность компьютера кратна 8 битам.

       Разрядность является универсальной  характеристикой, она касается  микро-

процессора, шины обмена данных, операционной системы  и других компонентов компьютера.

        Таким образом, в оперативной   памяти   краткосрочно (временно)  хранятся входные   данные   и   промежуточные  результаты.   В   этот вид памяти можно записывать (или считывать из нее) элементы данных и программ, хранящихся в произвольном месте этой памяти по заданному адресу.

       Мировая промышленность выпускает  микропроцессоры различных моделей.  Основным     производителем   до   настоящего   времени  считалась  фирма   Intel. Выпускаемые  нею  микропроцессоры  имели   обозначение   i8086,  i80286,   i80386, i80486.   В последние  годы   на  компьютерном   рынке    появились новые модели, разработанные  этой   фирмой, – Pentium,  PentiumPro,   PentiumMMX,   PentiumII,   а также аналоги   Pentium   других   фирм-производителей,   например,  K6-2 фирмы AMD, Cyrix 6x86 фирмы Cyrix и т.п.

        Оперативная память (она же ОЗУ – оперативное запоминающее устройство, она же RAM (Random Access Memory)) также реализована на  СБИС. Скорость доступа для считывания или записи данных в ОЗУ измеряется в нанасекундах и составляет в современных модулях памяти от 8 до 70 нс (одна нанасекунда равна 10-9с).

      Кроме оперативной памяти, в компьютере, на системной плате, установлены:

      КЭШ – память, служащая для  хранения часто повторяющихся  данных и команд управления;

       BIOS  -- аппаратного  устройства (ROM-памяти), называемого базовой  системой ввода-вывода, является  аппаратной составляющей операционной системы, обслуживающей компьютер;

      CMOS RAM – это энерго независимая  память, подпитываемая от батарейки  или   аккумулятора,  служит  для  хранения информации   о  конфигурации после выключения  компьютера; тот же источник энергии питает и схему встроенных кварцевых часов, непрерывно отсчитывающих текущую дату и время.

       Шина  обмена   данных   (она же системная магистраль данных) служит  для передачи    данных,  адресов   и   сигналов   между   различными  компонентами компьютера.  Шина характеризуется   разрядностью.  В различных моделях ПК устанавливались    8,  16,  32,  64-разрядные  шины  обмена  данных.   Чем    выше разряднось шины, тем производительнее работает компьютер (аналог разрядности шины – ширина автострады, диаметр нефтепровода).

 Адаптеры и контроллеры.

        Для    обеспечения   взаимодействия   различных   устройств   компьютера   с микропроцессором  и  оперативной  памятью,  а  также  преобразования  сигналов управления,   используются    устройства    называемые    контроллерами     или адаптерами.  Эти устройства  выполняются   в   виде плат. Они, с одной стороны, снабжены специальными разъемами для подключения к общей шине, а с другой, имеют   стандартный  разъем    для   связи    с   подключаемым    к     компьютеру устройством (накопителем, модемом, дисплеем и т.п.). Устройство для подключения дисплея называют видеоадаптером, для включения компьютера в  локальную сеть – сетевым адаптером.

          По мере совершенствования комплектующих устройств и микропроцесоров, многие функции контроллеров и адаптеров перераспределяются на электронные схемы и логические блоки последних,что приводит к исключению их из  конфигурации компьютера. Однако в настоящее время они, как правило, присутствуют в конфигурации современных  компьютеров: видеоадаптеры(они  же   видеоплаты, видеоконтроллеры, видеокарты), сетевые адаптеры (сетевые карты), звуковые карты (звуковые платы, аудиокарты) и т.д. Современные компьютеры снабжены видеоадаптерами SVGA и имеют разрешающую способность 800 х 600, 1024 х 768 пикселей и выше.

               Суть преобразования изображения на дисплее видеоадаптером.Известно, что изображение на экране, как и в бытовом телевизоре, формируется электронным лучом. В отличие от телевизора на экране монитора  воспроизводится, как отмечено выше, растр, состоящий из отдельных точек. С помощью  видеоадаптера изменяется яркость и цвет каждой точки экрана, называемой пикселем. Изображение   на  экране  сканируется  на

экране   минимум  66-100 и более раз в   секунду. Эта смена не воспринимается глазом человека.

       Кроме видеоадаптеров, в конфигурации  компьютера присутствуют  контрол- 

леры дисковых накопительных устройств, ориентированные  на соответствующие носители информации, а также контроллеры портов ввода-вывода (они же  адаптеры портов). Такие устройства как манипулятор мышь, принтер, джойстик  подключаются к компьютеру посредством схемных элементов называемых портами.

        Сетевой  адаптер  предназначен  для  обмена данными между компьютерами локальной сети. Сопряжение компьютеров в локальной сети осуществляется с помощью специального сетевого коаксиального кабеля. 

 Дисковод для гибких дисков(они же дискеты или флоппи-диски),

 один  или   два  дисковода  (накопителя) на  жестком   магнитном диске     (его   чаще   называют   винчестер),

Накопители  являются  устройствами,   предназначенными для длительного хранения информации. Они создаются на базе различных  носителей информации: гибких дисков (дискет) и жестких дисков (винчестеров),  оптических  и  магнитооптических дисков, ZIP-дисков и компакт-дисков (для дисководов CD-ROM).

2.Назначение оперативной памяти ПК. Структурная схема и принцип работы динамической памяти .Основные характеристики микросхем памяти. Разновидности динамической памяти. Модули памяти.

  Основная память (ОП) содержит оперативное (RAM — Random Access Memory) и постоянное (ROM — Read Only Memory) запоминающие устройства.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе в текущий интервал времени. ОЗУ — энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ней, теряется. Основу ОЗУ составляют микросхемы динамической памяти DRAM. Это большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов — полупроводниковых конденсаторов. Наличие заряда в конденсаторе обычно означает «1», отсутствие заряда — «0». Конструктивно элементы oпeративной памяти выполняются в виде отдельных модулей памяти — небольших плат с напаянными на них одной или, чаще, несколькими микросхемами. Эти модули вставляются в разъемы — слоты на системной плате. На материнской плате может быть несколько групп разъемов — банков — для установки модулей памяти; в один банк можно ставить лишь блоки одинаковой емкости, например, только по 16 Мбайт или только по 64 Мбайт; блоки разной емкости можно устанавливать только в разных банках.

ТИПЫ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ:

Различают следующие  типы оперативной памяти:

• FPM DRAM;
• RAM EDO;
• BEDODRAM;
• SDRAM;
• DDR SDRAM;
• DRDRAM и т. д.

FPM DRAM

FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM) — динамическая память с быстрым страничным доступом, активно используется с микропроцессорами 80386 и 80486. Память со страничным доступом отличается от обычной динамической памяти тем, что после выбора строки матрицы и удержании RAS допускает многократную установку адреса столбца, стробируемого CAS. Это позволяет ускорить блочные передачи, когда весь блок данных или его часть находятся внутри одной строки матрицы, называемой в этой системе страницей. Существуют две разновидности FPM DRAM, различающиеся временем обращения: 60 и 70 не. Ввиду своей медлительности они не эффективны в системах с процессорами уровня Pentium II. Модули FPM DRAM в основном выпускались в конструктиве SIMM.

RAM EDO

RAM EDO (EDO — Extended Data Out, расширенное время удержания (доступности) данных на выходе) фактически представляет собой обычные микросхемы FPM, к которым добавлен набор регистров-«защелок», благодаря чему данные на выходе могут удерживаться в течение следующего запроса к микросхеме. При страничном обмене такие микросхемы работают в режиме простого конвейера: удерживают на выходе содержимое последней выбранной ячейки, в то время как на их входы уже подается адрес следующей выбираемой ячейки. Это позволяет примерно на 15% по сравнению с FPM ускорить процесс считывания последовательных массивов данных. При случайной адресации такая память никакого выигрыша в быстродействии не дает. Память типа RAM EDO имеет минимальное время обращения 45 не и максимальную скорость передачи данных по каналу процессор-память 264 Мбайт/с. Модули RAM EDO выпускались в конструктивах SIMM и DIMM.

BEDO DRAM

BEDO DRAM (Burst Extended Data Output, EDO с блочным доступом). Современные процессоры благодаря внутреннему и внешнему кэшированию команди данных обмениваются с основной памятью преимущественно блоками слов максимальной длины. Этот вид памяти позволяет обрабатывать данные пакетно (блоками) так, что данные считываются блоками за один такт. В случае памяти BEDO отпадает необходимость постоянной подачи последовательных адресов на входы микросхем с соблюдением необходимых временных задержек — достаточно стробировать переход к очередному слову блока. Этот метод позволяет BEDO DRAM работать очень быстро. Память BEDO DRAM поддерживают некоторые чипсеты фирм VIA Apollo (580VP, 590VP, 680VP) и Intel (i480TX и т. д.) на частоте шины не выше 66 МГц. Активную конкуренцию этому виду памяти составляет память SDRAM, которая постепенно ее и вытесняет. BEDO DRAM представлена модулями и SIMM и DIMM.

SDRAM

SDRAM (Synchronous DRAM — синхронная динамическая память), память с синхронным доступом, увеличивает производительность системы за счет синхронизации скорости работы ОЗУ со скоростью работы шины процессора. SDRAM также осуществляет конвейерную обработку информации, выполняя внутреннее разделение массива памяти на два независимых банка, что позволяет совмещать выборку из одного банка с установкой адреса в другом банке. SDRAM также поддерживает блочный обмен. Основная выгода от использования SDRAM состоит в поддержке последовательного доступа в синхронном режиме, где удается исключить дополнительные такты ожидания. Память SDRAM может устойчиво функционировать На высоких частотах: выпускаются модули, рассчитанные на работу при частотах 100 МГц (спецификация РС100) и 133 МГц (РС133). В начале 2000 года фирма Samsung объявила о выпуске новых интегральных микросхем (ИС) SDRAM с рабочей частотой 266 МГц. Время обращения к данным в этой памяти зависит от внутренней тактовой частоты МП и достигает 5-10 не, максимальная скорость передачи данных «процессор-память» при частоте шины 100 МГц составляет 800 Мбайт/с (фактически равна скорости передачи данных по каналу процессор-кэш). Память SDRAM дает общее увеличение производительности ПК примерно на 25%. Правда, эта цифра относится к работе ПК без кэш-памяти, — при наличии мощной кэш-памяти выигрыш в производительности может составить всего несколько процентов. SDRAM обычно выпускается в 168-контактных модулях типа DIMM и имеет 64-разрядную шину данных. Используется не только в качестве оперативной памяти, но и как память видеоадаптеров, где она полезна при просмотре живого видео и при работе с трехмерной графикой.

DDR SDRAM

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM - SDRAM II). Вариант памяти SDRAM, осуществляющий передачу информации по обоим фронтам тактового сигнала. Это позволяет удвоить пропускную способность по сравнению с традиционной памятью SDRAM (до 1,6 Гбайт/с при частоте шины 100 МГц). Кроме того, DDR SDRAM может работать на более высокой частоте — в начале 2000 года были выпущены 143, 166 и 183 МГц 64-мегабитовые модули DDR SDRAM. Модули DDR DRAM конструктивно совместимы с традиционными 168-контактными DIMM. Используются не только в качестве элементов оперативной памяти, но и в высокопроизводительных видеоадаптерах. Сейчас они ориентированы в первую очередь на рынок видеоадаптеров. В конце 2001 года компания Hynix Semiconductor представила образец 128 Мбит DDR SDRAM (0,16 мкм).

DRDRAM

DRDRAM (Direct Rambus DRAM — динамическая память с прямой шиной для RAM) — перспективный тип оперативной памяти, позволивший значительно увеличить производительность компьютеров. Высокое быстродействие памяти Direct RDRAM достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах. В частности, применением собственной двухбайтовой шины Rambus с частотой 800 МГц, обеспечивающей пиковую пропускную способность до 1,6 Гбайт/с. Контроллер памяти Direct RDRAM управляет шиной Rambus и обеспечивает преобразование ее протокола с частотой 800 МГц в стандартный 64-разрядный интерфейс с частотой шины до 200 МГц. Фирма Intel выпустила чипсеты i820, i840, i850 с поддержкой DRDRAM. Модули Direct RDRAM — RIMM внешне подобны модулям DIMM.