Лекция
доцента кафедры системного программирования и компьютерной безопасности
Гродненского госуниверситета имени Янки Купалы
канд. техн. наук Ливак Елены Николаевны

по дисциплине «Организация и функционирование компьютерных систем»

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОМПЬЮТЕРА



Шина (bus) - общий канал связи, соединяющий отдельные части компьютера (пучок проводов)
Перенос информации происходит по параллельным линиям (проводам).
Один бит - одна линия.
Их количество называют шириной шины.

Передаваемую информацию можно условно разделить на 3 вида:
Данные - обрабатываемые числовые значения.
Адреса - сведения о местонахождении данных.
Управляющие сигналы - указывают направление потокам данных и регламентируют обмен данными.

Набор линий, предназначенных для передачи одного вида информации, называют шиной. На шине управления микропроцессор выставляет команды управления узлами системы и получает ответные сигналы состояния узлов и подтверждение выполнения команды
Ширина шины адреса и шины данных - важнейшие характеристики микропроцессора
Ширина шины адреса устанавливает ограничение на объем ОП
Например,
i8086
- 20 - разрядная шина адреса (220 = 1 Мб)
- 16 - разрядная шина данных
Pentium
– 64 - разрядная шина адреса
– 64 - разрядная шина данных
– 32 - разрядная внутренняя архитектура !!!

Три шины вместе (шина адреса, шина данных, шина управления) составляют процессорную (внутреннюю) шину
Шина адреса и шина управления – однонаправленные (передача в одном направлении из микропроцессора)
Шина данных – двунаправленная (данные считываются и выдается результат)
Микропроцессор напрямую работает только с несколькими устройствами, а от остальных отделен специальными микросхемами-буферами (для усиления проходящих сигналов).
После буферов шины адреса, данных и управления совместно с некоторыми дополнительными сигналами образуют другой канал обмена информацией – СИСТЕМНУЮ ШИНУ.
Системная шина характеризуется частотой системной шины (образуется из тактовой частоты)

Архитектура микропроцессора


Основной элемент компьютера – материнская (системная) плата вместе с микропроцессором.
Предназначена для
- обеспечения бесперебойной работы процессора;
- обеспечения эффективной работы компьютера.
Основные компоненты материнской платы
Постоянное запоминающее устройство – ПЗУ
Память только для чтения
•Не предусмотрено изменение содержимого пользователем.
•После отключения питания содержимое ПЗУ сохраняется.

ПЗУ содержит следующие программы:
- базовую систему ввода-вывода – BIOS (Basic Input Output System)
- первоначального тестирования работоспособности компьютера – POST (Power On Self Test)-изменения информации CMOS-памяти - Setup
Энергонезависимая память (CMOS-память)
Хранится информация
- об устройствах системы и их параметрах (дисковая подсистема);
- необходимая при каждом запуске (например, порядок загрузки компьютера)

Тактовая частота
Управление процессором осуществляется с помощью сигналов – тактовых импульсов, которые выдаются через фиксированные интервалы времени специальным устройством – тактовым генератором.

Промежуток между тактовыми импульсами – такт.
Такт - минимальная временная единица в системе.
Для выполнения машинной команды процессор подразделяет ее на последовательность шагов, каждый из которых может быть выполнен за один такт.

Длительность одного такта – важнейший параметр, определяющий производительность процессора (Т)

Тактовая частота процессора
R = 1 / T
(количество тактов в секунду)


1 Герц (Гц) = 1 такт в секунду

Первые ≈ 4,77 МГц
Pentium - 60 МГц
Pentium III - 500 Мгц ≈ 500 миллионов тактов в секунду
Pentium 4 - 1,3-1,5 ГГц тактовая частота ядра микропроцессора 3 ГГц ≈ 3 миллиарда
Тактовая частота решает задачу синхронизации функционирования всех компонентов системы (их действия должны быть «увязаны» между собой, время работы должно измеряться в одинаковых интервалах)
Тактовая частота используется для формирования РАБОЧЕЙ (СИСТЕМНОЙ) частоты (на рабочей частоте процессор взаимодействует с памятью).

Из рабочей частоты образуется частота системных шин.
«Внутри себя» (ядро) микропроцессор работает на более высокой частоте (начиная с i486).
Внутренняя частота процессора образуется путем умножения системной частоты на некоторый коэффициент.