Компонентами архитектуры компьютера являются
Архитектура персонального компьютера - справочник для студентов и школьников
Классическая архитектура фон Неймана
Архитектура современных ПК
Многопроцессорная архитектура ПК
Многомашинная вычислительная система
Архитектура с параллельными процессорами
Архитектурой ПК (персонального компьютера) принято называть совокупность структуры, отражающей состав и обслуживающее ПО. Структурой называется комплекс функциональных систем ПК и их связующих элементов.
Особенности архитектуры являются определяющими факторами при рассмотрении принципов действия ПК, программно-информационных связей и последовательности соединения всех узлов логики компьютера. К узлам логики относят: ОЗУ (оперативная память), ЦП (центральный процессор), внешнее устройство памяти (жесткий диск), графический модуль (видеокарта), периферийные модули. Основным, принципиальным элементом архитектуры любого ПК, являются блоки программного управления.
Классическая архитектура фон Неймана
Группа ученых, в составе которой были американцы Г. Голдштейн, Дж. фон Нейман и А. Беркс, в 1946 году провели колоссальную работу по разработке новых принципов и архитектуры ЭВМ. Работа математиков легла в основу при создании компьютеров первого и второго поколений. Принципы фон Неймана были сохранены, хоть и существенно видоизменились, во время работ по созданию машин следующих поколений.
Основные принципы фон Неймана:
Интеграция методов двоичного счисления позволила упростить работу устройств и сделать ее выполнение гораздо быстрее, чем это было при использовании десятичной системы.
Программное управление ПК
Функционал ПК зависит от исправной работы программного обеспечения. Программа, управляющая компьютерной системой представляет собой набор последовательно исполняющихся команд. Проблема низких показателей быстродействия, актуальная для ранних ПК, была решена интеграцией модуля памяти, применяемого для записи программных данных. Кодированные в двоичной системе данные и командные коды, расположены в пронумерованных адресных блоках.
Возможность быстрого доступа к адресной ячейки сделало возможной работу в переменных программных средах.
Условный переход при исполнении программы
По умолчанию программные компоненты имеют последовательную модель исполнения, но существует возможность реализации перехода к любому месту кода. Главным преимуществом подобного механизма стало превращение программного продукта из постоянной величины в изменяемую, аппаратная же часть осталась статичной и достаточно простой.
Фон Нейман предложил собственную структура персонального компьютера (рис. 1).
Рис. 1.
Структура ПК
В состав ПК предложенного математиком входили:
- Устройство памяти или ЗУ;
- Устройство исполнения арифметико-логических задач или АЛУ;
- Управляющее устройство (УУ) задействованное в работе по координации работы узловых элементов ПК;
- Периферийные устройства ввода/вывода.
В данной модели ПК любой тип данных вводится в устройство запоминания опосредованно через АЛУ посредствам устройств ввода/вывода.
Программные команды фиксируются последовательно в блоках памяти, тогда как обрабатываемые данные записываются в блоках произвольно.
Простейшая команда содержала в себе информацию об операции требующей выполнения и адресов памяти, хранящей данные требуемые для выполнения данной операции. Кроме этого в команде прописывались адреса блоков памяти доступных для сохранения результата выполнения команды. Арифметико-логическое устройство выводило обработанные данные в устройство запоминания или в выводное устройство. Существенным отличием систем подобного рода является форма данных удобная для сохранения и обработки, а также для восприятия человека при передачи на устройство вывода (печатающее устройство или монитор).
Устройство управление одного компьютера способно взаимодействовать с аналогичным компонентом другого ПК, получая и передавая информацию. Адрес первой команды ПК записывается в регистре УУ, регистрируясь счетчиком. После записи устройство управления осуществляет считывание памяти и перемещает содержимое заданной ячейки в командный регистр.
Следующей операцией является определение командной операции и «выставление отметки» о ней в ячейке памяти, также регистрируются адреса и командные данные. В ходе текущих операций происходит контроль выполняемой команды.
Выполнение операции осуществляется аппаратная оснастка компьютера или АЛУ. По завершению выполнения команд значение счетчика увеличивается на единицу, что является сигналом для запуска следующей команды. При необходимости запуска команд без стандартной очередности, запускается команда переадресации, содержащая целевой адрес ячейки запуска управляющей команды.
Архитектура современных ПК
Современные компьютеры имеют магистрально-модульный тип архитектуры, то есть состоят из относительно самостоятельных компонентов, связанных между собой через ЦП.
Принцип модульности позволяет осуществлять произвольную комплектацию ПК устанавливая совместимые компоненты. Кроме этого современные ПК имеют возможность модернизации и улучшения. В данной системе функционирует магистральный тип обмена информацией.
Для обеспечения взаимосвязи компонентов ПК используется магистральная шина, располагаемая на материнской плате в виде печатной платы. Преимуществом подобного вида ПК является возможность добавления или замены комплектующих.
Благодаря принципиальным переменам в архитектуре ПК произошло значительное повышение скорости обработки и обмена информации. Считываемая информация хранится в системной памяти, что позволяет работать напрямую с ЦП и значительно ускоряет работу ПК в целом. Максимум быстродействия ограничен скоростью обработки данных самой магистрали, чем выше данный показатель, тем выше скорость работы ПК в целом.
Для решения вопроса предпринято следующее:
- Системная память напрямую (без буферов) подключается к шине, вместо магистрали, что избавляет ПК от проблем со скоростью обмена данных. Данное решение актуализировалось максимально с выходом высокопроизводительных ПК. Новшества привели к существенным изменением архитектуры и замене одношинных ПК трехшинными.
- Логическое и управленческое устройство ПК нового поколения, являются компонентами центрального процессора, формируя его как единицу. В сущности, микропроцессор — это совокупность интегральных схем.
Рис.
2.
Многопроцессорная архитектура ПК
Существуют компьютеры с несколькими процессорами, работающими параллельно. Такие ПК называются многопроцессорными и используются при необходимости обработать очень большой объем информации за максимально короткое время.
Рис. 3.
Многомашинная вычислительная система
В отличие от многопроцессорных ПК, имеющих единый канал оперативной памяти, в многомашинных ПК, каждому процессору доступен свой блок ОЗУ. Эффективность подобных систем проявляется при выполнении сложных задач, требующих работы специальной структуры с тем количеством ПК, сколько подзадач необходимо выполнить. Комплексы с несколькими процессорами или многомашинные системы значительно отличаются от «обычных» ПК по показателю быстродействия.
Архитектура с параллельными процессорами
Подобная система работает под управлением одного УУ, взаимодействующего с несколькими АЛУ.
Подобный принцип позволяет обрабатывать большой объем информации в одном потоке. Актуален данный принцип только при выполнении однотипных задач с различным набором данных.
Рис. 4.
В настоящее время встречаются более сложные архитектурные решения, а также вариации ПК, в которых применяется несколько классических архитектурных принципов.
Смотрите также:
Процессор и его компоненты
Системное программное обеспечение
Тест «Архитектура ЭВМ» — 4ЕГЭ
28 февраля 2021
В закладки
Обсудить
Жалоба
TG 4ЕГЭ
Пробные работы ОГЭ по информатике
2 варианта с ответами.
ar-evm.docx
1. Сложная система взаимосвязанных аппаратных средств, способных работать с информацией и рассчитанная на самостоятельную работу одного пользователя это…?
1. Электронно - вычислительная машина
2. Персональный компьютер
3. Архитектура ЭВМ
4. СуперЭВМ
2. Внутренние устройства системного блока компьютера …?
1.
Материнская плата, процессор
2. Видеокарта, графическая карта
3. Сетевой адаптер, звуковая карта
4. Все варианты верны
3. Внешняя память компьютера делится на…?
1. Внешние запоминающие устройства и их носители
2. Оперативная и постоянная
3. Жесткий магнитный диск
4. Все варианты верны
4. Укажите верное (ые) высказывание (я):
1. Устройство вывода – предназначено для программного управления работой ПК.
2. Устройство вывода – предназначено для обучения, для игры, для расчетов и для накопления информации.
3. Устройство вывода – предназначено для передачи информации от машины человеку.
4. Все варианты верны
5. Назовите классификацию электронно – вычислительных машин по способу организации вычислительного процесса …?
6. Назовите базовые логические операции и схемы…?
7. В программное обеспечение архитектуры ЭВМ входят…?
1. Структура системы, организация памяти, организация ввода/вывода, принципы управления
2.
Операционные системы, системы программирования, прикладное программное обеспечение
3. Система команд, форматы данных, алгоритмы выполнения операций
4. Все варианты верны
8. Обмен информацией между отдельными устройствами ЭВМ производится по трем многоразрядным шинам, соединяющим все модули, - шине данных, шине адресов и шине управления.
Про что идёт речь?
1. Аппаратные средства ЭВМ
2. Программные средства ЭВМ
3. Магистрально – модульный принцип
4. Принцип открытой архитектуры
9. Какое устройство изображено на рисунке?
1. Жесткий диск
2. Видеокарта
3. Оперативная память
4. Сетевая карта
10. Процессор – это…?
1. Процессор, реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем
2. Количество импульсов, создаваемых генератором за 1 секунду
3. Максимальное количество pазpядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно
4. Устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде
11.
Число элементарных операций, выполняемых микропроцессором в единицу времени (операции/секунда)…это?
1. Тип микропроцессора
2. Быстродействие микропроцессора
3. Тактовая частота микропроцессора
4. Разрядность пpоцессоpа.
12. К какому устройству относятся арифметико-логическое устройство, устройство управления и регистры…?
13. Арифметические команды это…?
14. Предназначены для изменения обычного порядка последовательного выполнения команд. Про что идет речь?
1. Команды пересылки
2. Логические команды
3. Команды переходов
4. Арифметические команды
15. По типу приёма и выдачи информации различают типы регистров:
1. Сдвиговые регистры, параллельные регистры
2. Сегментные регистры, управляющие регистры
3. Индексные регистры, флаговые регистры
4. Все варианты верны
16. Векторный процессор…?
1. Состоит из большого числа сходных процессоров, которые выполняют одну и ту же последовательность команд применительно к разным наборам данных
2.
Обеспечивает параллельное выполнение операций над массивами данных
3. Соединяет процессор с северным мостом или контроллером памяти MCH
4. Система из нескольких параллельных процессоров, разделяющих общую память
17. Какой цифре на рисунке соответствуют специализированные порты для подключения клавиатуры и мыши...? (см.рисунок)
18. Важнейшая часть ПК, содержащая его основные электронные компоненты…?
1. Шина
2. Чипсет
3. Видеокарта
4. Системная плата
19. Перечислите типы материнских плат…?
20. Шина ввода-вывода
1. Связаны с определенными участками процессора и позволяют записывать и читать данные из оперативной памяти
2. Эти шины питают электричеством различные, подключенные к ним устройства
3. Позволяет процессору взаимодействовать с периферийными устройствами
4. Предназначена для передачи информации между процессором и основной памятью
Ответы
1) б
2) г
3) а
4) в
5) многопроцессорные;однопроцессорные; параллельные; последовательные
6) триггер , регистр, сумматор, шифратор, дешифратор
7) б
8) в
9) в
10) г
11) б
12) Центральный процессор
13) выполняют операции сложения, вычитания, умножения, деления, увеличения на единицу (инкрементирования), уменьшения на единицу (декрементирования) и т.
д.
14) в
15) а
16) б
17) 1,2
18) г
19) AT, LPX, АТХ, NLX
20) в
Компьютерная архитектура | Компоненты компьютера
В компьютерной науке архитектура компьютера представляет собой набор дисциплин, описывающих части компьютерной системы и их отношения. Компьютерная архитектура имеет дело с функциональным поведением компьютерной системы с точки зрения программиста. Его также можно описать как логическую структуру системного блока, в котором размещались электронные компоненты. Компьютерная архитектура формирует основу для создания успешных компьютерных систем.
Компоненты компьютера
Компьютер состоит из трех основных компонентов
- Блок ввода/вывода (I/O).
- Центральный процессор (ЦП).
- Блок памяти.
Блок ввода
Компьютер принимает закодированную информацию через блок ввода пользователя. Это устройство, которое используется для передачи необходимой информации на компьютер.
например, клавиатура, мышь и т. д.
Блок вывода
Выход отправляет обработанные результаты пользователю. В основном он используется для отображения желаемых результатов пользователю. Он в основном используется для отображения желаемого результата пользователю в соответствии с инструкцией ввода. например, видеомонитор, принтер и плоттер и т. д.
Центральный процессор (CPU)
Центральный процессор состоит из набора регистровых, арифметических и управляющих цепей, которые вместе интерпретируют и выполняют инструкции на языке ассемблера. Основные функции ЦП:
- ЦП передает инструкции и входные данные из основной памяти в регистры. т.е. внутренняя память.
- ЦП выполняет инструкции в сохраненной последовательности.
- При необходимости ЦП передает выходные данные из регистров в оперативную память.
Центральный процессор (ЦП) часто называют мозгом компьютера. Центральный процессор представляет собой единую микросхему интегральной схемы (ИС) и также известен как микропроцессор.
Центральный процессор управляет всеми внутренними и внешними устройствами и выполняет арифметические и логические операции. ЦП состоит из трех основных подсистем; Арифметико-логическое устройство (ALU), устройство управления (CU) и регистры.
Арифметико-логическое устройство (ALU)
Арифметико-логическое устройство содержит электронную схему, которая выполняет все арифметические и логические операции над доступными данными. Он используется для выполнения всех арифметических вычислений (сложение, вычитание, умножение и деление) и логических вычислений (<,>.+, И, ИЛИ и т. д.). Логический блок выполняет сравнение цифр, букв и специальных символов. ALU использует регистры для хранения обрабатываемых данных.
Регистры
Регистры представляют собой блоки временной памяти специального назначения и высокой скорости. На регистры не ссылаются по их адресу, но ЦП напрямую обращается и манипулирует ими во время выполнения. По сути, они содержат информацию, над которой в данный момент работает ЦП.
Регистры хранят данные, инструкции, адреса и промежуточные результаты обработки.
- Количество и размеры регистров варьируются от процессора к процессору.
Блок управления (CU)
Блок управления взаимодействует с устройствами ввода и вывода компьютера. Он предписывает компьютеру выполнять сохраненные программные инструкции, взаимодействуя с АЛУ и регистрами. Он организует обработку данных и инструкций.
Для поддержания правильной последовательности обработки данных блок управления использует тактовые входы. Основная функция блока управления состоит в том, чтобы получить инструкцию, хранящуюся в задействованных в ней устройствах, и соответственно генерировать управляющие сигналы.
Микропроцессор
Микропроцессор — это управляющий элемент компьютерной системы, иногда называемый микросхемой. Микропроцессор является основным аппаратным обеспечением, которое управляет компьютером.
Это целевая печатная плата (PCB) , которая используется во всех электронных системах, таких как компьютер, калькулятор, цифровая система и т.
д. Скорость процессора зависит от типа используемого микропроцессора.
- Intel 40004 был первым микропроцессором, который содержал все компоненты ЦП на одном кристалле с 4-разрядной шиной.
- Некоторые из популярных микропроцессоров: Intel, Dual core, Pentium IV и т. д.
Блок памяти
Память — это часть компьютера, в которой хранятся данные и инструкции. Память — неотъемлемая часть ЦП. Блок памяти состоит из первичной памяти и вторичной.
Первичная память
Первичная память или основная память компьютера используется для хранения данных и инструкций во время
выполнения инструкций. Первичная память бывает двух типов; Оперативная память (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
Оперативная память (ОЗУ) Непосредственно передает необходимую информацию процессору. ОЗУ — это энергозависимая память. Он обеспечивает временное хранение данных и инструкций. Оперативная память делится на две категории.
- Статическая оперативная память (SRAM).
- Динамическая оперативная память (DRAM).
Память только для чтения (ПЗУ) Используется для хранения программ стандартной обработки, которые постоянно находятся в компьютере. Как правило, разработчики программируют микросхемы ПЗУ во время изготовления схем. ПЗУ является энергонезависимой памятью. Его можно только читать, а не писать.
ПЗУ подразделяется на три категории:
- Программируемое ПЗУ (ПЗУ).
- Стираемое программируемое ПЗУ (СППЗУ).
- Электрически стираемое программируемое ПЗУ (ЭСППЗУ).
Вторичная память
Вторичная память, также известная как вторичная память или вспомогательная память, используется для постоянного хранения данных и инструкций, т.е. жесткие диски, компакт-диски, DVD-диски и т. д.
Тит-биты
- Буфер — это временное хранилище, в котором регистр содержит данные для дальнейшего выполнения.
- Аккумулятор — это регистр ЦП, в котором хранятся промежуточные арифметические и логические результаты.
- Компьютер с сокращенным набором команд (RISC) и Компьютер со сложным набором команд (CISC) представляют собой два типа микропроцессоров, классифицируемых на основе набора инструкций.
- На производительность компьютера влияют размер регистров, размер оперативной памяти, частота системных часов и размер кэш-памяти.
- скорость процессора измеряется в миллионах циклов в секунду или мегагерцах (МГц).
Взаимосвязь модулей
ЦП посылает данные, инструкции и информацию компонентам внутри компьютера, а также периферийным устройствам и устройствам, подключенным к нему. Шина — это набор электронных сигнальных путей, которые позволяют информации и сигналам перемещаться между компонентами внутри или снаружи компьютера.
Характеристики и функциональные возможности автобуса следующие
- Шина — это набор проводов, используемых для соединения, где каждый провод может передавать один бит данных.
- Компьютерную шину можно разделить на два типа; внутренняя шина и внешняя шина.
- Внутренняя шина соединяет компоненты материнской платы, такие как процессор и системная память. Ее также называют системной шиной.
- Внешняя шина соединяет различные внешние устройства; периферийные устройства, слоты расширения, порты ввода-вывода и подключения дисков к остальной части компьютера. Ее также называют шиной расширения.
- Команда доступа к памяти или устройству ввода-вывода передается по шине управления.
- Адрес устройства ввода-вывода или памяти передается по адресной шине. Передаваемые данные передаются по шине данных.
Материнская плата
Основная печатная плата, содержащаяся в любом компьютере, называется материнской платой, она также известна как материнская плата или логическая плата или системная плата или плоская плата . Самый большой кусок кремния, размещенный в системном блоке компьютера, — это материнская плата.
Все остальные электронные устройства и схемы компьютерной системы подключены к этой плате, например, ЦП, ПЗУ.
Слоты расширения оперативной памяти, слоты PCI и USB-порты также включают в себя контроллеры для таких устройств, как жесткий диск, DVD-привод, клавиатура и мышь. Другими словами, материнская плата заставляет все в компьютере работать вместе.
Цикл инструкции:
Цикл инструкции представляет собой последовательность событий, которые происходят, когда инструкция считывается из памяти и выполняется.
Цикл простой инструкции состоит из следующих шагов
- Выборка инструкции из памяти.
- Расшифровка инструкции по эксплуатации.
- Выполнение инструкции.
- Сохранение в памяти.
Формат инструкций
Компьютер понимает инструкции только в виде нулей и единиц, что называется машинным языком. Компьютерная программа представляет собой набор инструкций, описывающих шаги, которые необходимо выполнить для выполнения вычислительной задачи.
Процессор должен иметь два входа; инструкции и данные.
Инструкции сообщают процессору, какие действия необходимо выполнить с данными. Инструкция разделена на две части; операция (код операции) и операнд.
Код операции представляет действие, которое должен выполнить процессор, а операнд определяет параметры действия и зависит от операции.
Tit-Bits:
- Машинный цикл определяется временем, которое требуется для выборки двух операндов из регистров. Он выполняет операцию АЛУ и сохраняет результат в регистре.
- Конвейерная обработка повышает скорость выполнения за счет параллельного выполнения шагов выполнения нескольких инструкций. Это также называется предварительной выборкой инструкций .
- Сокеты являются точками подключения чипа на материнской плате.
- Как правило, слово компьютер относится к центральному процессору плюс внешняя память.
- Команда загрузки используется для загрузки данных в регистр-аккумулятор ЦП из памяти.
- Коробка, поставляемая вместе с вашим настольным компьютером, в которой находятся все электронные компоненты вашего компьютера, называется системным блоком .
Компьютерная архитектура
Компьютерная архитектура занимается логическим и физическим проектированием компьютерной системы. Архитектура набора инструкций (ISA) определяет набор инструкций машинного кода, которые может выполнять центральный процессор компьютера. Микроархитектура описывает конструктивные особенности и схемотехнику самого центрального процессора. Архитектура системы (которую мы в основном рассматриваем в этом разделе) определяет основные аппаратные компоненты, составляющие физическую компьютерную систему (включая, конечно же, центральный процессор) и способ их взаимосвязи. Основные компоненты, необходимые для компьютерной системы, перечислены ниже.
- Центральный процессор (ЦП)
- Оперативная память (ОЗУ)
- Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
- Порты ввода/вывода (I/O)
- Системная шина
- Блок питания (БП)
В дополнение к этим основным компонентам, чтобы расширить функциональные возможности системы и предоставить вычислительную среду, с которой оператор может более легко взаимодействовать, требуются дополнительные компоненты. Сюда могут входить:
- Вторичные устройства хранения (например, дисководы)
- Устройства ввода (например, клавиатура, мышь, сканер)
- Устройства вывода (например, адаптер дисплея, монитор, принтер)
Обычно проводится различие между внутренними компонентами системы (которые обычно расположены внутри основного корпуса или корпуса ) и внешними компонентами (теми, которые подключаются к внутренним компонентам через внешний интерфейс).
Примеры таких внешних компоненты, обычно обозначаемые как периферийные устройства , включая клавиатуру, видеодисплей (монитор) и мышь. Другие периферийные устройства могут включать в себя принтеры, сканеры, внешние динамики, внешние дисководы и веб-камеры, и это лишь некоторые из них. Внутренние компоненты обычно (хотя и не всегда) включают в себя один или несколько дисководов для фиксированных или съемных носителей информации (магнитных дисков или лент, оптических носителей и т. д.), хотя они абсолютно не требуются для основных вычислительных функций. Отношения между элементами, составляющими ядро системы, показаны ниже.
Основные компоненты персонального компьютера
Основные компоненты системы установлены на объединительной плате , чаще называемой материнской платой (или материнской платой ). Материнская плата представляет собой относительно большую печатную плату, которая обеспечивает электронные каналы (шины), которые передают данные и управляющие сигналы между различными компонентами, а также необходимые интерфейсы (в виде слотов или разъемов), позволяющие процессору, картам памяти и другие компоненты, которые необходимо подключить к системе.
В большинстве случаев микросхема ПЗУ встроена в материнскую плату, а ЦП и ОЗУ должны быть совместимы с материнской платой с точки зрения их физического формата и электронной конфигурации. На материнской плате предусмотрены внутренние порты ввода-вывода для таких устройств, как внутренние дисководы и оптические приводы.
Покомпонентный вид системы персонального компьютера
Внешние порты ввода-вывода также предусмотрены на материнской плате, чтобы система могла подключаться к внешним периферийным устройствам, таким как клавиатура, мышь, видеодисплей и аудиодинамики. И видеоадаптер, и звуковая карта могут быть установлены «на плате» (т. е. встроены в материнскую плату) или в виде отдельных вставных печатных плат, которые устанавливаются в соответствующий слот на материнской плате. Материнская плата также предоставляет большую часть схем управления, необходимых для различных компонентов системы, что позволяет центральному процессору сосредоточиться на своей основной роли, то есть на выполнении программ.
Видео-курс
