Устройство компьютера: центральный процессор, внутренняя и внешняя память, системная плата. Способы передачи информации в компьютерных линях связи.

Устройство центрального процессора.

Тракт данных состоит из регистров (обычно от 1 до 32), арифметико-логического устройства (АЛУ) и нескольких соединительных шин.

АЛУ выполняет сложение, вычитание и другие простые операции над входными данными и помещает результат в выходной регистр. Содержимое этого выходного регистра может записываться обратно в один из регистров или сохранятся в памяти, если это необходимо.

Тракт данных обычной фон-неймановской машины

Центральный процессор выполняет каждую команду за несколько шагов:

- вызывает следующую команду из памяти и переносит ее в регистр команд;

- меняет положение счетчика команд, который после этого указывает на следующую команду;

- определяет тип вызванной команды.

- если команда использует слово из памяти, определяет, где находится это слово;

- переносит слово, если это необходимо, в регистр центрального процессора;

- выполняет команду;

- переходит к шагу 1, чтобы начать выполнение следующей команды.

Такая последовательность шагов (выборка – декодирование – выполнение) является основой работы всех процессоров.

Внутренние регистры процессора

Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характеризуется разрядностью внутренних регистров. Регистр – это, по существу, ячейка памяти внутри процессора; например, процессор может складывать числа, записанные в двух различных регистрах, а результат сохранять в третьем регистре. Разрядность регистра определяет количество разрядов обрабатываемых процессором данных, а также характеристики программного обеспечения и команд, выполняемых чипом. Например, процессоры с 32-разрядными внутренними регистрами могут выполнять 32-разрядные команды, которые обрабатывают данные 32-разрядными порциями, а процессоры с 16-разрядными регистрами этого делать не могут. Во всех современных процессорах внутренние регистры являются 32-разрядными. Процессор Itanium имеет 64-разрядные внутренние регистры, которые необходимы для более полного использования функциональных возможностей новых версий операционных систем и программного обеспечения.

Параметры процессоров

Процессоры можно классифицировать по двум основным параметрам: разрядности и быстродействию. Быстродействие процессора – довольно простой параметр. Оно измеряется в мегагерцах (МГц); 1 МГц равен миллиону тактов в секунду. Чем выше быстродействие, тем лучше (тем быстрее процессор). Разрядность процессора – параметр более сложный. В процессор входит три важных устройства, основной характеристикой которых является разрядность:

- шина ввода и вывода данных;

- внутренние регистры;

- шина адреса памяти.

Шина данных. Чем больше сигналов одновременно поступает на шину, тем больше данных передается по ней за определенный интервал времени и тем быстрее она работает.

Данные в компьютере передаются в виде цифр через одинаковые промежутки времени. Для передачи единичного бита данных в определенный временной интервал посылается сигнал напряжения высокого уровня (около 5 В), а для передачи нулевого бита данных – сигнал напряжения низкого уровня (около 0 В). Чем больше линий, тем больше битов можно передать за одно и то же время. Современные процессоры могут передавать одновременно 64 бит данных. Разрядность шины данных процессора определяет также разрядность банка памяти.

Шина адреса. Шина адреса представляет собой набор проводников; по ним передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные. Как и в шине данных, по каждому проводнику передается один бит адреса, соответствующий одной цифре в адресе. Увеличение количества проводников (разрядов), используемых для формирования адреса, максимальный объем памяти, адресуемой процессором.

В компьютерах применяется двоичная система счисления, поэтому при двухразрядной адресации можно выбрать только четыре ячейки (с адресами 00, 01, 10 и 11), т. е. 22, при трехразрядной – восемь (от 000 до 111), т. е. 23.

Шина управления – компьютерная шина, по которой передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами. В ШУ условно объединяют набор линий, передающих различные управляющие сигналы от процессора на все периферийные устройства и обратно.

Внутренняя (основная) память - это запоминающее устройство, которое напрямую связано с процессором и предназначено для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Внутренняя память делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ). Оперативная память служит для приема, хранения и выдачи информации. Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации.

Внешня память (ВЗУ) - это устройство, предназначенное для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью. Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных устройств ПК.

Системная плата

В современную системную плату встроены такие компоненты, как гнезда процессоров, разъемы и микросхемы. Самые современные системные платы содержат следующие компоненты:

- гнездо для процессора;

- набор микросхем системной логики (компоненты North/South Bridge или Hub);

- микросхема Super I/O;

- базовая система ввода-вывода (ROM BIOS);

- гнезда модулей памяти SIMM/DIMM/RIMM;

- разъемы шин ISA/PCI/AGP;

- разъем AMR (Audio Modem Riser);

- разъем CNR (Communications and Networking Riser);

- преобразователь напряжения для центрального процессора;

- батарея.

В последнее время системные платы включают в себя интегрированные аудио- и видеоадаптеры, сетевой и SCSI-интерфейс, разъемы AMR (Audio Modem Riser) и CNR (Communications and Networking Riser), а также другие элементы, в зависимости от типа системной платы.

Набор микросхем управляет интерфейсом или соединениями процессора с различными компонентами компьютера. Поэтому он определяет в конечном счете тип и быстродействие используемого процессора, рабочую частоту шины, скорость, тип и объем памяти. В сущности, набор микросхем относится к числу наиболее важных компонентов системы, даже, наверное, более важных, чем процессор. По номеру на большей микросхеме системной платы можно идентифицировать набор микросхем системной логики.