Видео:Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!Скачать
Шина адреса, раздельные и объединенные адресные пространства памяти и устройств ввода-вывода
Шина адреса – шина МПС, используемая микропроцессором или устройствами, способными формировать адрес, для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов) либо внешнего устройства, к которому активное устройство желает обратиться для проведения операции чтения или записи.
Шина адреса АВ (Address Bus), в принципе, может быть однонаправленной. Она предназначена для передачи адреса ячейки памяти или устройства ввода/вывода. Направление передачи по шине адреса — от МП к внешним устройствам. Варианты условных обозначений однонаправленной параллельной шины показаны на рис. 1.3, где стрелка указывает направление передачи.
Рис.1.3. Варианты условных обозначений однонаправленной параллельной 16-разрядной шины
Число 16 на рис. 1.3 обозначает разрядность шины. Допускается обозначение шин и без указания разрядности.
Основной характеристикой шины адреса является её разрядность (ширина) в битах. Ширина шины адреса определяет объём адресуемой памяти. Например, если ширина адресной шины составляет 16 бит, и размер слова памяти равен одному байту (минимальный адресуемый объём данных), то объём памяти, который можно адресовать, составляет 2 16 = 65536 байтов (64 Кбайт). Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:
где I — разрядность шины адреса.
Если рассматривать структурную схему микропроцессора, то адресная шина активизирует работу всех внешних устройств по команде, которая поступает с микропроцессора.
Если шина адреса является однонаправленной, то источником адреса является только одно устройство (например, МП), но тогда один из режимов работы МПС может оказаться невозможным – прямой доступ к памяти (захват магистрали, DMA).
Шина данных
Шина данных служит для пересылки данных между ЦП и памятью или ЦП и устройствами ввода/вывода. Эти данные могут представлять собой как команды ЦП, так и информацию, которую ЦП посылает в порты ввода/вывода или принимает оттуда. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от одного устройства к другому в любом направлении.
Шина данных DB (Data Bus) принципиально является двунаправленной. Она предназначена для передачи данных между блоками МПС. Информация по одним и тем же линиям DB может передаваться в двух направлениях — как к МП, так и от него. Варианты условных обозначений двунаправленной шины показаны на рис. 1.4.
Рис.1.4. Варианты условных обозначений двунаправленной параллельной 8-разрядной шины
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 разрядность (ширину) 8 бит. В МП 8086, 80186, 80286 ширина шины данных 16 разрядов; в МП 80386, 80486, Pentium и Pentium Pro — 32 разряда.
Подчеркнем, что ШД всегда принципиально двунаправлена (иначе либо чтение, либо запись будут запрещены).
Двунаправленность сводится к тому, что на одну и ту же линию шины в разные моменты времени должны иметь возможность выдавать данные несколько устройств (модулей).
Для того, чтобы модули не мешали друг другу при работе на общую шину, существует 2 варианта исполнения выходных каскадов элементов, работающих на линию системной магистрали:
— элемент с тремя состояниями (с z-состоянием);
— схема с открытым коллектором (рис. 1.5).
Рис.1.5 Выход с открытым коллектором
Шина управления
По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию — считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т.д.
Шина управления СВ (Control Bus) предназначена для передачи управляющих сигналов. Хотя направление управляющих сигналов может быть разным, однако шина управления не является двунаправленной, поскольку для сигналов разного направления используются отдельные линии.
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученымДжоном фон Нейманом.
Читайте также: Давление в шинах газель next цельнометаллический фургон
1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последовательности.
2. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются командыусловного илибезусловного перехода, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп». Таким образом,процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
3. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Это открывает целый ряд возможностей. Например,программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).
Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаныметоды трансляции – перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
4. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.
Компьютеры, построенные на перечисленных принципах, относятся к типуфон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без счетчика команд, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам необязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не фон-неймановскими.
Видео:АПС Л14. ШиныСкачать
Устройство компьютера
В 1945 году математик Джон Фон Нейман чётко сформулировал общие принципы функционирования цифровых вычислительных устройств.
Принципы фон Неймана
Цифровое вычислительное устройства должно работать по следующим принципам:
1. Принцип двоичного кодирования.
Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.
2. Принцип программного управления.
Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
3. Принцип однородности памяти:
— программы и данные хранятся в одной и той же памяти, то есть компьютеру всё равно, что содержится в данной ячейке памяти — число, текст или команда;
— над командами выполняются такие же операции, как и над данными;
— команды одной программы могут быть результатом исполнения команд другой программы;
4. Принцип адресации:
— структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек — адреса.
— АЛУ в любой момент времени доступна любая ячейка.
Компьютеры, построенные на этих принципах, называются фон-неймановскими.
Цифровое вычислительное устройство должно содержать:
— АЛУ (арифметическо-логическое устройство), которое должно выполнять арифметические и логические операции;
— УУ (устройство управления), которое организует процесс выполнения программ;
В современных компьютерах арифметическо-логическое устройство и устройство управления объединены в центральный процессор;
— ЗУ (запоминающее устройство или память), которое хранит программы и данные;
Читайте также: Способы соединение компьютера звездой шиной кольцом
— ВУ (внешние устройства), которые служат для ввода и вывода информации.
Компьютерная память.
Внешняя память. (Внешние запоминающие устройства — ВЗУ)
Внешняя память предназначена для долговременного и энергонезависимого хранения программ и данных (память, реализованная в виде внешних, относительно материнской платы, устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя).
Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем, или дисководом, а хранится информация на носителях (например, DVD — дисках)
Устройства внешней памяти:
накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), английское название — HDD — Hard Disk Drive)
оптические диски — CD, DVD, Blue-Ray
Flash — память,
Твердотельные накопители (англ. — SSD solid-state drive)
Единицей хранения информации во внешней памяти является файл – последовательность байтов, записанная в устройство внешней памяти и имеющая имя. Обмен информации между оперативной памятью и внешней осуществляется файлами.
Внутренняя память
Оперативная память (ОП) предназначена для временного хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Это энергозависимая память. Физически реализуется в модулях ОЗУ (оперативных запоминающих устройствах) различного типа. При выключении электропитания вся информация в оперативной памяти исчезает.
Занесение информации в память и её извлечение, производится по адресам. Каждый байт ОП имеет свой индивидуальный адрес (порядковый номер).
Адрес – число, которое идентифицирует ячейки памяти (регистры). ОП состоит из большого количества ячеек, в каждой из которых хранится определенный объем информации. ОП непосредственно связана с процессором. Возможности ПК во многом зависят от объёма ОП.
Кеш память — очень быстрая память малого объема служит для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств различной скорости. Это энергозависимая память.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – энергонезависимая память для хранения программ управления работой и тестирования устройств ПК. Важнейшая микросхема ПЗУ – модуль BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода/вывода), в котором хранятся программы автоматического тестирования устройств после включения компьютера и загрузки ОС в оперативную память. Это неразрушимая память, которая не изменяется при выключении питания.
CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) — память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, о режимах его работы. Содержимое изменяется программой, находящейся в BIOS (Basic Input Output System).
Видеопамять — это внутренняя оперативная память, отведённая для хранения данных, которые используются для формирования изображения на экране монитора.
Регистр процессора — блок ячеек памяти, образующий сверхбыструю оперативную память (СОЗУ) внутри процессора; используется самим процессором и большей частью недоступен программисту.
Внутренняя память компьютера
Дискретность —
Внутренняя память состоит из частиц – битов
В одном бите памяти хранится один бит информации
Адресуемость
Байт памяти – наименьшая адресуемая часть внутренней памяти ( 1 байт = 8 бит )
Все байты пронумерованы, начиная от 0
Номер байта – адрес байта памяти
Процессор обращается к памяти по адресам
Основные характеристики ПК
Производительность (быстродействие) ПК – возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней (современный ПК обрабатывает информацию со скоростью в сотни миллионов операций в секунду).
Производительность (быстродействие) процессора – количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.
Тактовая частота процессора (частота синхронизации) — число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например сложение). Таким образом Тактовая частота — это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера. Задается ТЧ специальной микросхемой «генератор тактовой частота», который вырабатывает периодические импульсы. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Частота измеряется в герцах (1/сек). Превышение порога тактовой частоты приводит к возникновению ошибок процессора и др. устройств. Поэтому существуют фиксированные величины тактовых частот для каждого типа процессоров, например: 2,8 ; 3,0 ГГц и тд.
Читайте также: Шины для портера 2 r13
Разрядность процессора – максимальная длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком. Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти – регистрами. Регистр в 1 байт (8бит) называют восьмиразрядным, в 2байта – 16-разрядным и тд. Высокопроизводительные компьютеры имеют 8-байтовые регистры (64разряда)
Время доступа — Быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывание min порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные модули обладают скоростью доступа свыше 10нс (1нс=10 -9 с).
Объем памяти (ёмкость) – max объем информации, который может храниться в ней. Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве
Магистрально-модульный принцип построения компьютера.
В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.
Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии.
К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также, с помощью специальных согласующих устройств — контроллеров (контроллер клавиатуры, контроллер дисководов, видеоадаптер и т.д.), остальные устройства ввода, вывода и хранения информации. Необходимость использования контроллеров вызвана тем, что функциональные и технические параметры компонентов компьютера могут существенно различаться, например, их быстродействие. Так, процессор может проводить сотни миллионов операций в секунду, тогда как пользователь может вводить с клавиатуры, в лучшем случае 2-3 знака в секунду. Контроллер клавиатуры как раз и обеспечивает согласование скорости ввода информации со скоростью ее обработки.
Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству 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.
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. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:N = 2 I , где I — разрядность шины адреса. Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно: N = 2 36 = 68719476736.
Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.
Видео:05. Основы устройства компьютера. Регистры и команды процессора. [Универсальный программист]Скачать
![05. Основы устройства компьютера. Регистры и команды процессора. [Универсальный программист]](https://i.ytimg.com/vi/ieT3JXSJYpA/0.jpg)
На главную страницу
Все информационные, фото, видео материалы на официальном сайте образовательной организации размещены с согласия сотрудников, родителей (законных представителей) учащихся.
В случае, если Вам нежелательно размещение на сайте «изображения гражданина (ребенка) полученного при съемке, которая проводится в местах, открытых для свободного посещения, или на публичных мероприятиях» убедительная просьба прислать ссылку на изображение администратору сайта по адресу Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. и изображение будет удалено.
- Свежие записи
- Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
- Скрипят амортизаторы на машине что делать
- Из чего состоит стойка амортизатора передняя
- Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
- Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
🔍 Видео
Всё о видеокартах за 11 минутСкачать
Демонстрация работы горизонтально-расточного обрабатывающего центра FEMCO BMC-110R1Скачать
Лекция_4_2 Организация шинСкачать
Шины ввода-выводаСкачать
Почему размер байта 8 бит. Машина Тьюринга. Принцип выполнения программыСкачать
Расчет электрических нагрузок МЖД | 220softСкачать
Урок 12. SinuTrain - использование R переменных.Скачать
АПС Л19. ШиныСкачать
Принципы фон НейманаСкачать
КАК РАБОТАЕТ ПРОЦЕССОР | ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯСкачать
КАК ЧИТАТЬ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СХЕМЫ // ОБОЗНАЧЕНИЯ НА СХЕМЕ // ОСНОВНЫЕ ГОСТЫ //Скачать
Программирование микроконтроллеров: Урок 2. Организация памяти данных (регистры)Скачать
Как работает процессор: частоты, шины и т.д.Скачать
