Адаптеры устройств и механизм прерываний

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭВМ.

Общая схема современного компьютера была предложена выдающимся американским математиком венгерского происхождения Джоном фон Нейманом в июне 1945 г. По этой схеме компьютер состоит из двух основных частей: центрального процессора (ЦП) и памяти. Память хранит информацию, а ЦП выполняет ее обработку. Революционность идеи фон Неймана состоит в том, чтобы хранить в памяти не только данные, но и способы их обработки для получения из исходных данных того или иного результата. Для осуществления обмена информацией между человеком и компьютером в схему добавлены периферийные устройства - ввода/вывода.

Кроме того, в современных компьютерах используются так называемые накопители - устройства, предназначенные для постоянного хранения (накопления) данных и программ, необходимых для работы компьютера, и обмена этой информацией между накопителями и оперативной памятью компьютера. Накопители бывают на жестких магнитных дисках (винчестерах) и гибких магнитных дисках (дискетах). Такие накопители называют дисковыми, но бывают и другие виды накопителей.

Процессор, память и накопители на жестких и гибких магнитных дисках составляют системный блок современного ПК.

Необходимыми периферийными устройствами являются:

· Клавиатура - устройство ввода;

· Манипулятор типа мышь - вспомогательное устройство ввода;

· Дисплей (монитор) - необходимое устройство вывода.

Одной из плодотворных идей, положенных в основу ПК(IBM PC), является принцип открытой архитектуры. Согласно этой концепции компьютер не является единым неразъемным устройством, а имеется возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. На основной электронной плате (системной) размещены только те блоки, которые осуществляют вычисления. Схемы, управляющие всеми остальными устройствами ПК (монитором, дисками, принтером и т.д.), реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы (слоты) на системной плате. Электропитание ко всем схемам подводится из единого блока питания. А для удобства и надежности все это заключается в общий металлический или пластиковый корпус. В таком случае каждый пользователь может самостоятельно формировать конфигурацию своего компьютера по своему усмотрению. Т.е., в зависимости от потребности пользователь может подключить к системной шине различные устройства: модем, звуковую плату, клавиатуру электромузыкального инструмента и т.п. Кроме того, имеющийся компьютер легко модернизировать, например, путем замены винчестера на жесткий диск большего объема, замены процессора, увеличения объема оперативной памяти и т.д.

СИСТЕМНЫЙ БЛОК КОМПЬЮТЕРА

ПРОЦЕССОР.

Центральный процессор (ЦП) – это сердце компьютера. ЦП представляет собой очень маленький кремниевый кристалл с огромным количеством (несколько млн.) размещенных в нем транзисторов. ЦП часто называют чипом, микропроцессором (МП) (эти слова в последнее время стали синонимами).

В современных ПК используются процессоры двух основных компаний: Intel и AMD.

МП отличаются 4 характеристиками:

· модель (тип);

· Тактовая частота – количество выполняемых МП
элементарных операций за 1 секунду, МГц. Сейчас эти цифры выросли до тысяч МГц.

· Количество ядер в процессоре и количество потоков на ядро;

· Объём кэша

 

Действия ЦП заключаются в выполнении некоторой программы, т.е. набора команд, поступающих в строго определенном порядке. Процесс выполнения команды состоит в следующем. Вначале двоичный код команды извлекается из памяти по заданному адресу. Затем он преобразуется во внутренний для процессора код (команда дешифруется). И, наконец, команда исполняется. Для выполнения многих команд добавляются действия по считыванию данных из памяти. Такие команды выполняются дольше, т.к. создается интервал времени, когда ЦП ожидает поступления данных. Чтобы ускорить работу ЦП, применяется механизм конвейеризации: пока одна команда извлекается из памяти, вторая в это же время дешифруется, а третья исполняется. Одновременно в конвейере могут находиться 5 – 6 команд, каждая на разной стадии работы с ней. Быстродействие компьютера значительно увеличивается.

ЦП могут работать в различных режимах:

· реальный (стандартный) режим – однозадачный, т.е., прежде
чем перейти к очередной задаче, нужно закончить предыдущую.

· защищенный - многозадачный. Т.к. все одновременно выполняемые программы
используют одни и те же ресурсы компьютера, то возникает задача защиты данных
одной программы от повреждения со стороны другой программы.

СОПРОЦЕССОР.

Это специальное устройство для выполнения математических операций над вещественными (дробными) числами. Старые модели процессоров не содержали специальных команд для работы с числами с плавающей точкой. Каждое действие над такими числами моделируется с помощью нескольких десятков операций МП, что сильно снижает эффективность работы ПК. Современные процессоры содержат сопроцессоры в себе по дефолту, и умеют вычислять числа с плавающей точкой

ПАМЯТЬ.

Память компьютера удобно представлять в виде последовательности ячеек. Каждая ячейка содержит информацию в количестве 1 байт. Любая информация хранится в памяти ПК в виде последовательности байтов. Ячейки пронумерованы друг за другом, причем номер первого от начала памяти байта равен нулю. Основная задача, стоящая перед ПК при работе с памятью, - это найти данное или команду, т.е. определить местоположение требуемой информации в памяти. Для этого введено понятие адреса в памяти. Адрес информации – это номер первого из занимаемых этой информацией байтов. Каково наибольшее число для указания адреса? (Иначе: чем определяется объем доступной памяти компьютера?) Адрес, как и любая другая информация в компьютере, представляется в двоичном виде. Значит, наибольшее значение адреса определяется количеством битов, используемых для его двоичного представления. Обмен данными между ЦП и памятью осуществляется с помощью специального устройства, называемого шиной. Упрощенно шину можно представить себе как набор параллельных проводов, каждый из которых передает 1 бит информации: 1 или 0. Количество проводов в шине – это ширина шины. Именно ширина шины и есть то количество битов (разрядов), которое определяет количество одновременно передаваемой информации. Чем шире шина (больше ее разрядность), тем больше данных можно передавать одновременно, тем быстрее работает компьютер. Для передачи адресов используется шина адреса (ША), для передачи данных – шина данных. Естественно, что процесс усовершенствования современных компьютеров включает в себя и переход к более широким шинам. Т.о., наибольшее число N, которое можно использовать для указания адреса в памяти, определяется шириной n шины адреса по формуле: N = 2ⁿ. Итак, ширина шины адреса определяет объем доступной памяти компьютера. Современные IBM-совместимые компьютеры имеют ширину шины адреса 20, 24 или 32 разряда. ПК с 20-разрядной ША могут обращаться (адресовать) до 1 Мб (2²⁰ б) памяти. ПК с 24-разрядной ША могут адресовать уже до 16 Мб (2²⁴ б) памяти, а компьютеры с 32-разрядной шиной – именно они составляют большинство используемых в нашей стране компьютеров – могут адресовать уже до 4 Гб (2³² б).

Весь объем памяти состоит из 3 частей:

· основная (или стандартная) – conventional memory
– обычная память - занимает первые или,
как говорят, нижние 640 Кб памяти;

· верхняя (UMA – Upper Memory Area) – занимает 384 Кб: от 640 Кб до 1Мб;

· расширенная (extended memory) – память за пределами
1 Мб. Первые 64 Кб расширенной памяти называется областью высокой памяти (high memory area).

В процессе работы ПК каждая из этих частей используется для хранения определенных видов программ и данных.

Вся память ПК делится на 2 вида:

· ОЗУ

· ПЗУ.

Оперативная память (ОЗУ, RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) – предназначена для чтения и записи информации. Содержимое этого вида памяти не сохраняется при выключении ПК (энергозависимая память). ОЗУ используется для хранения программ, составляемых пользователем, а также исходных, конечных и промежуточных данных, получающихся при работе процессора. В качестве запоминающих элементов в ОЗУ используются либо триггеры (статическое ОЗУ), либо конденсаторы (динамическое ОЗУ).

Постоянная память (ПЗУ, ROM – Read Only Memory – память только для чтения) – позволяет только считывать информацию. Запись в этот вид памяти невозможна. Благодаря этому информация, находящаяся в ПЗУ, защищена от нарушений и изменений. Содержимое этого вида памяти сохраняется при выключении ПК (энергонезависимая память). В ПЗУ находятся важные для правильной работы ПК данные и программы, часть из которых ПК использует для своей работы сразу после включения (тест-мониторные программы, драйверы и др.). Перспективным видом постоянной памяти является память с электрическим способом стирания и записи информации (FLASH-память), которая при острой необходимости позволяет перепрограммировать ПЗУ и тем самым оперативно улучшать характеристики ЭВМ. ПЗУ расположено в верхней памяти, т.е. составляет лишь небольшую часть общего объема памяти ПК. Большую часть всего объема памяти ПК занимает ОЗУ.

Есть еще один вид памяти, служащий для ускорения работы ПК – кэш-память (cache – тайник, т.к. она не доступна для программиста, а автоматически используется компьютером). В кэш-памяти запоминаются на некоторое время полученные ранее данные, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. Время доступа к информации, хранящейся в кэш-памяти, меньше, чем время доступа к этой же информации, хранящейся в других видах памяти ПК. Механизм кэширования ускоряет работу ПК, т.к. быстро действующим устройствам не приходится ожидать поступления информации от медленно действующих по сравнению с ними видов памяти. Кэш-память первого уровня размещается на одном кристалле с процессором, второго уровня – на материнской плате. Всего в современных ЭВМ имеется 2-3 ЗУ этого вида.

ДИСПЛЕЙ.

Дисплей (монитор) – необходимое устройство вывода информации. Это устройство аналогично телевизору (электронно-лучевая трубка). Любое изображение на экране дисплея состоит из множества светящихся точек – пикселей. Дисплей характеризуется разрешающей способностью экрана – максимальное количество пикселей, используемых для создания изображения. Измеряется как количество точек по горизонтали на количество точек по вертикали. В современных ПК наиболее часто используют дисплеи с разрешающей способностью 320х200, 640х200, 640х480, 800х600, 1024х768. Дисплеи бывают цветными и монохромными. Цветное изображение получается на экране как комбинация трех основных цветов – красного, зеленого, синего. Поэтому цветные дисплеи также называют RGB-дисплеями (R ed, G reen, B lue).

Дисплей может работать в 2-х режимах:

· текстовый режим – для вывода символов. Экран разбивается на 80 вертикальных полосок, каждая из них, как правило, разбита на 25 частей по горизонтали (иногда – 43 или 45). Каждый полученный прямоугольник называется знакоместом. В нем размещается 1 символ. Знакоместо состоит из пикселей. Часть пикселей используется для изображения символа (передний план), а остальные образуют фон. Для изображения символа в текстовом режиме используется 16 цветов, а для изображения фона – 8 цветов. Текущуюпозицию (знакоместо, в котором появится следующий введенный с клавиатуры символ) указывает мигающая метка – курсор. После вывода символа в этом знакоместе курсор смещается на одну позицию (знакоместо) вправо.

· графический режим – каждый пиксель экрана используется отдельно. Обычно курсор не выводится. Но в некоторых задачах возможен вывод на экран графического курсора (он отличается по виду от текстового курсора).

Дисплей подключается к ПК через устройство сопряжения – видеоадаптер. Видеоадаптер имеет собственную память для хранения изображения, выводимого на экран. Объем этой памяти определяет количество цветов в цветовой палитре и разрешающую способность экрана. Наиболее известны видеоадаптеры VGA, DVI, HDMI.

КЛАВИАТУРА.

Клавиатура – это необходимое устройство ввода информации в ПК. Все устройства ввода служат для преобразования информации, поступающей с периферийных устройств, в цифровой вид. Сейчас наиболее часто используется 101-клавишная клавиатура. На ней выделяют следующие основные группы клавиш:

· функциональные клавиши – [F1] – [F12]. За каждой из них в каждой конкретной задаче может быть закреплена своя функция, отличная от функции этой клавиши в других задачах.

· символьная клавиатура – для ввода символов (верхний и нижний регистры) и пробела.

· управляющие клавиши – нажатие которых изменяет значение других клавиш. [Shift ] – перевод регистров. [CapsLock] – фиксирование верхнего регистра. [Ctrl], [Alt] – в различных комбинациях с другими клавишами изменяют их значение (регистр, язык). [Esc] – обычно используется для выхода из текущего режима работы компьютера. [Tab] – передвигает курсор на шаг табуляции или для других функций. [Backspace] – стирает последний набранный символ. [Enter] – указывает, что закончен ввод данной строки, и набранные данные поступают для обработки в компьютер.

· цифровая клавиатура – может находиться в одном из 2-х режимов (переключается клавишей [NumLock]): режиме ввода цифр и режиме управления курсором.

· специальные и дополнительные клавиши – [PageUp], [PageDown] – постраничный просмотр. Клавиши управления курсором – для изменения положения курсора на экране. [Pause] –пауза. [ScrollLock] – режим прокрутки экрана. [PrintScreen] – в комбинации с клавишей [Shift] является командой печати копии экранного изображения на принтере. [Del] – удаление символа над курсором. [Ins] – режимы вставки и замены.

При нажатии на клавишу в системный блок ПК поступает сигнал, указывающий, какая клавиша нажата. Этот сигнал преобразуется в двоичный код, который поступает в память ПК. Из памяти извлекаются команды, создающие на экране дисплея изображение символа, соответствующего этому двоичному коду по таблице ASCII.

ДРУГИЕ УСТРОЙСТВА ВВОДА.

Мышь – устройство, которое преобразует свое положение на плоской поверхности стола в позицию курсора на экране дисплея. Перемещение мыши по столу приводит во вращение шар, находящийся снизу в теле мыши. Вращение шара преобразуется в сигнал, управляющий движением курсора мыши на экране дисплея. Ввод информации в компьютер осуществляется с помощью кнопок, встроенных в тело мыши (двух или трех).

Трекбол – представляет собой перевернутую на «спину» мышь. Шар, управляющий движением курсора, находится сверху. Пользователь вращает шар ладонью или пальцем, и в соответствии с этим курсор перемещается по экрану. Трекбол удобен тем, что его не надо двигать по столу.

Сканеры – используются для ввода в ПК различных изображений – текстов, рисунков и другой графической информации, нанесенных на бумагу или какую-нибудь поверхность. Считывающая головка сканера равномерно движется над изображением. Специальное устройство преобразует изображение в цифровые коды, которые поступают в ПК. Бывают ручные и настольные. Существует много различных моделей сканеров обоих типов.

Джойстик, руль – манипуляторы,используемые в компьютерных играх.

Световые перья, сенсорные экраны – достаточно коснуться пальцем поверхности экрана, чтобы указать компьютеру требуемое место на экране.

Графические планшеты (диджитайзеры) – обеспечивают перенос изображения с накладываемого листа бумаги в ЭВМ с помощью перемещения по планшету специального указателя.

МОДЕМ.

Модем (модулятор-демодулятор) – это устройство, предназначенное для преобразования сигналов телефонной сети в сигналы компьютера и наоборот. Данные поступают из передающего компьютера в виде двоичных чисел. Модем принимает эти данные и разделяет их на информацию, которая должна быть передана в телефонную линию, и команды, определяющие характер передачи информации. Команды выполняются модемом. Передаваемая информация преобразуется модулятором модема и поступает в линию. Сигнал, выходящий из модема в телефонную линию, имеет две различные частоты: для передачи единиц – большая, нулей – меньшая. Модем принимающего ПК демодулирует приходящий сигнал, т.е. преобразовывает сигнал телефонной линии в двоичный сигнал и посылает его в ПК. Обмен информацией между двумя ПК может осуществляться двумя способами:

· Полудуплексный способ – компьютеры передают информацию друг другу по очереди.

· Дуплексный способ – обмен информацией происходит одновременно. При этом сигналы от компьютеров не
смешиваются, т.к. каждый ПК передает данные на своих частотах, отличных от
частот другого ПК.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭВМ.

Общая схема современного компьютера была предложена выдающимся американским математиком венгерского происхождения Джоном фон Нейманом в июне 1945 г. По этой схеме компьютер состоит из двух основных частей: центрального процессора (ЦП) и памяти. Память хранит информацию, а ЦП выполняет ее обработку. Революционность идеи фон Неймана состоит в том, чтобы хранить в памяти не только данные, но и способы их обработки для получения из исходных данных того или иного результата. Для осуществления обмена информацией между человеком и компьютером в схему добавлены периферийные устройства - ввода/вывода.

Кроме того, в современных компьютерах используются так называемые накопители - устройства, предназначенные для постоянного хранения (накопления) данных и программ, необходимых для работы компьютера, и обмена этой информацией между накопителями и оперативной памятью компьютера. Накопители бывают на жестких магнитных дисках (винчестерах) и гибких магнитных дисках (дискетах). Такие накопители называют дисковыми, но бывают и другие виды накопителей.

Процессор, память и накопители на жестких и гибких магнитных дисках составляют системный блок современного ПК.

Необходимыми периферийными устройствами являются:

· Клавиатура - устройство ввода;

· Манипулятор типа мышь - вспомогательное устройство ввода;

· Дисплей (монитор) - необходимое устройство вывода.

Одной из плодотворных идей, положенных в основу ПК(IBM PC), является принцип открытой архитектуры. Согласно этой концепции компьютер не является единым неразъемным устройством, а имеется возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. На основной электронной плате (системной) размещены только те блоки, которые осуществляют вычисления. Схемы, управляющие всеми остальными устройствами ПК (монитором, дисками, принтером и т.д.), реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы (слоты) на системной плате. Электропитание ко всем схемам подводится из единого блока питания. А для удобства и надежности все это заключается в общий металлический или пластиковый корпус. В таком случае каждый пользователь может самостоятельно формировать конфигурацию своего компьютера по своему усмотрению. Т.е., в зависимости от потребности пользователь может подключить к системной шине различные устройства: модем, звуковую плату, клавиатуру электромузыкального инструмента и т.п. Кроме того, имеющийся компьютер легко модернизировать, например, путем замены винчестера на жесткий диск большего объема, замены процессора, увеличения объема оперативной памяти и т.д.

СИСТЕМНЫЙ БЛОК КОМПЬЮТЕРА

ПРОЦЕССОР.

Центральный процессор (ЦП) – это сердце компьютера. ЦП представляет собой очень маленький кремниевый кристалл с огромным количеством (несколько млн.) размещенных в нем транзисторов. ЦП часто называют чипом, микропроцессором (МП) (эти слова в последнее время стали синонимами).

В современных ПК используются процессоры двух основных компаний: Intel и AMD.

МП отличаются 4 характеристиками:

· модель (тип);

· Тактовая частота – количество выполняемых МП
элементарных операций за 1 секунду, МГц. Сейчас эти цифры выросли до тысяч МГц.

· Количество ядер в процессоре и количество потоков на ядро;

· Объём кэша

 

Действия ЦП заключаются в выполнении некоторой программы, т.е. набора команд, поступающих в строго определенном порядке. Процесс выполнения команды состоит в следующем. Вначале двоичный код команды извлекается из памяти по заданному адресу. Затем он преобразуется во внутренний для процессора код (команда дешифруется). И, наконец, команда исполняется. Для выполнения многих команд добавляются действия по считыванию данных из памяти. Такие команды выполняются дольше, т.к. создается интервал времени, когда ЦП ожидает поступления данных. Чтобы ускорить работу ЦП, применяется механизм конвейеризации: пока одна команда извлекается из памяти, вторая в это же время дешифруется, а третья исполняется. Одновременно в конвейере могут находиться 5 – 6 команд, каждая на разной стадии работы с ней. Быстродействие компьютера значительно увеличивается.

ЦП могут работать в различных режимах:

· реальный (стандартный) режим – однозадачный, т.е., прежде
чем перейти к очередной задаче, нужно закончить предыдущую.

· защищенный - многозадачный. Т.к. все одновременно выполняемые программы
используют одни и те же ресурсы компьютера, то возникает задача защиты данных
одной программы от повреждения со стороны другой программы.

СОПРОЦЕССОР.

Это специальное устройство для выполнения математических операций над вещественными (дробными) числами. Старые модели процессоров не содержали специальных команд для работы с числами с плавающей точкой. Каждое действие над такими числами моделируется с помощью нескольких десятков операций МП, что сильно снижает эффективность работы ПК. Современные процессоры содержат сопроцессоры в себе по дефолту, и умеют вычислять числа с плавающей точкой

ПАМЯТЬ.

Память компьютера удобно представлять в виде последовательности ячеек. Каждая ячейка содержит информацию в количестве 1 байт. Любая информация хранится в памяти ПК в виде последовательности байтов. Ячейки пронумерованы друг за другом, причем номер первого от начала памяти байта равен нулю. Основная задача, стоящая перед ПК при работе с памятью, - это найти данное или команду, т.е. определить местоположение требуемой информации в памяти. Для этого введено понятие адреса в памяти. Адрес информации – это номер первого из занимаемых этой информацией байтов. Каково наибольшее число для указания адреса? (Иначе: чем определяется объем доступной памяти компьютера?) Адрес, как и любая другая информация в компьютере, представляется в двоичном виде. Значит, наибольшее значение адреса определяется количеством битов, используемых для его двоичного представления. Обмен данными между ЦП и памятью осуществляется с помощью специального устройства, называемого шиной. Упрощенно шину можно представить себе как набор параллельных проводов, каждый из которых передает 1 бит информации: 1 или 0. Количество проводов в шине – это ширина шины. Именно ширина шины и есть то количество битов (разрядов), которое определяет количество одновременно передаваемой информации. Чем шире шина (больше ее разрядность), тем больше данных можно передавать одновременно, тем быстрее работает компьютер. Для передачи адресов используется шина адреса (ША), для передачи данных – шина данных. Естественно, что процесс усовершенствования современных компьютеров включает в себя и переход к более широким шинам. Т.о., наибольшее число N, которое можно использовать для указания адреса в памяти, определяется шириной n шины адреса по формуле: N = 2ⁿ. Итак, ширина шины адреса определяет объем доступной памяти компьютера. Современные IBM-совместимые компьютеры имеют ширину шины адреса 20, 24 или 32 разряда. ПК с 20-разрядной ША могут обращаться (адресовать) до 1 Мб (2²⁰ б) памяти. ПК с 24-разрядной ША могут адресовать уже до 16 Мб (2²⁴ б) памяти, а компьютеры с 32-разрядной шиной – именно они составляют большинство используемых в нашей стране компьютеров – могут адресовать уже до 4 Гб (2³² б).

Весь объем памяти состоит из 3 частей:

· основная (или стандартная) – conventional memory
– обычная память - занимает первые или,
как говорят, нижние 640 Кб памяти;

· верхняя (UMA – Upper Memory Area) – занимает 384 Кб: от 640 Кб до 1Мб;

· расширенная (extended memory) – память за пределами
1 Мб. Первые 64 Кб расширенной памяти называется областью высокой памяти (high memory area).

В процессе работы ПК каждая из этих частей используется для хранения определенных видов программ и данных.

Вся память ПК делится на 2 вида:

· ОЗУ

· ПЗУ.

Оперативная память (ОЗУ, RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) – предназначена для чтения и записи информации. Содержимое этого вида памяти не сохраняется при выключении ПК (энергозависимая память). ОЗУ используется для хранения программ, составляемых пользователем, а также исходных, конечных и промежуточных данных, получающихся при работе процессора. В качестве запоминающих элементов в ОЗУ используются либо триггеры (статическое ОЗУ), либо конденсаторы (динамическое ОЗУ).

Постоянная память (ПЗУ, ROM – Read Only Memory – память только для чтения) – позволяет только считывать информацию. Запись в этот вид памяти невозможна. Благодаря этому информация, находящаяся в ПЗУ, защищена от нарушений и изменений. Содержимое этого вида памяти сохраняется при выключении ПК (энергонезависимая память). В ПЗУ находятся важные для правильной работы ПК данные и программы, часть из которых ПК использует для своей работы сразу после включения (тест-мониторные программы, драйверы и др.). Перспективным видом постоянной памяти является память с электрическим способом стирания и записи информации (FLASH-память), которая при острой необходимости позволяет перепрограммировать ПЗУ и тем самым оперативно улучшать характеристики ЭВМ. ПЗУ расположено в верхней памяти, т.е. составляет лишь небольшую часть общего объема памяти ПК. Большую часть всего объема памяти ПК занимает ОЗУ.

Есть еще один вид памяти, служащий для ускорения работы ПК – кэш-память (cache – тайник, т.к. она не доступна для программиста, а автоматически используется компьютером). В кэш-памяти запоминаются на некоторое время полученные ранее данные, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. Время доступа к информации, хранящейся в кэш-памяти, меньше, чем время доступа к этой же информации, хранящейся в других видах памяти ПК. Механизм кэширования ускоряет работу ПК, т.к. быстро действующим устройствам не приходится ожидать поступления информации от медленно действующих по сравнению с ними видов памяти. Кэш-память первого уровня размещается на одном кристалле с процессором, второго уровня – на материнской плате. Всего в современных ЭВМ имеется 2-3 ЗУ этого вида.

АДАПТЕРЫ УСТРОЙСТВ И МЕХАНИЗМ ПРЕРЫВАНИЙ

Одной из функций ЦП является обеспечение процесса ввода и вывода информации, т.е. взаимодействие с периферийными устройствами. Эти устройства присоединяются к ПК через т.н. устройства сопряжения или адаптеры. Адаптеры размещаются в системном блоке и обеспечивают характер взаимодействия внешних устройств с ПК (способ подключения, вид электрического сигнала, передающего информацию и т.п.). Взаимодействие периферийных устройств с адаптером происходит через порты ввода/вывода.

По способу передачи информации порты ввода-вывода делятся на:

· Последовательные – информация передается последовательно бит за битом; для передачи информации используется один провод. Подключаются внешние устройства, находящиеся на большом расстоянии от ПК.

· Параллельные – несколько битов информации передается одновременно; для передачи информации используется несколько проводов. Подключаются устройства, находящиеся рядом с ПК.

Для осуществления эффективного взаимодействия ЦП и периферийных устройств используется механизм прерываний. Периферийные устройства ПК могут потребовать, чтобы процессор «обратил на них внимание». Прерывание – это событие, которое заставляет процессор приостановить текущую работу. Механизм прерываний необходим. Без него процессору пришлось бы постоянно проверять, не требует ли обслуживания какое-либо устройство. Механизм прерываний позволяет периферийным устройствам «обращать на себя внимание» процессора по мере надобности. Механизм прерываний состоит в том, что текущая работа процессора может быть приостановлена на некоторое время одним из сигналов, который указывает на возникновение ситуации, требующей немедленной обработки. Такие ситуации возникают при нажатии на клавишу клавиатуры, выходе из строя какого-либо устройства, попытке выполнить операцию деления на ноль и во многих других случаях. Каждое прерывание имеет свой уникальный номер и связанную с ним программу, предназначенную для обработки возникшей ситуации, - обработчик прерывания. При возникновении в ПК ситуации, соответствующей прерыванию с некоторым номером, ЦП приостанавливает свою работу и начинает выполнение программы-обработчика прерывания с этим номером. Выполнение программы-обработчика, в свою очередь, может быть приостановлено другим, более важным прерыванием. В этом случае вначале будет обработано более важное прерывание, затем продолжится обработка предыдущего прерывания и лишь потом возобновится (если прерывание не было катастрофическим, как, например, выключение питания) текущая работа ЦП. Т.о., так же, как для нас в повседневной жизни, для ПК существуют более важные (с более высоким приоритетом) и менее важные прерывания.

2.4. НАКОПИТЕЛИ (Внешние запоминающие устройства)

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) предназначены для долговременного хранения информации и могут использоваться и как устройства ввода, и как устройства вывода. ВЗУ по сравнению с ОЗУ имеют гораздо больший объем памяти, но существенно меньшее быстродействие.

Накопитель состоит из двух частей:

· Носитель – устройство, на котором хранится информация;

· Привод – устройство, предназначенное для считывания информации с носителя и записи информации на носитель.

В настоящее время существует 2 основных типа накопителей:

· Накопители на магнитной ленте – устройства последовательного доступа, т.к. обратиться к более удаленным частям
данных можно только после считывания менее удаленных данных находящихся перед ними)

· Дисковые накопители –устройства произвольного доступа, т.к. интересующие данные могут быть получены без
обязательного прочтения предшествующих данных. Бывают: накопители на жестком магнитном диске и на гибких магнитных дисках.

Информация на дисковых накопителях, как и в памяти ПК, представляется в двоичном виде и измеряется в байтах. Способ расположения информации на жестких и гибких дисках одинаков. На поверхности диска нанесен слой намагничивающегося материала. Запись информации в этом слое производится на области, расположенные в виде концентрических окружностей – дорожки. Радиусы, проведенные из центра диска, делят каждую дорожку на секторы. Максимальное количество информации, которое может быть записано на каждый сектор, - размер сектора – одно и то же – 512 б. Каждая дорожка имеет свой номер. Все секторы, расположенные на разных дорожках между двумя соседними радиусами, имеют одинаковый номер. При записи и считывании информация передается посекторно.

Винчестер – обычно содержит от 1 до 5 или более обработанных с высокой точностью керамических или алюминиевых пластин (дисков), на которые нанесен специальный магнитный слой. Это носители информации. Привод устроен так. Диски жестко закреплены через равные промежутки на вертикальном стержне, который приводится в движение специальным двигателем. Чем выше скорость вращения дисков, тем быстрее считывается информация. (3600 об/мин, до 7200 об/мин). На специальном рычаге находятся головки чтения/записи. В современных винчестерах головки как бы «летят» на расстоянии долей микрона (0,001 мм) от поверхностей дисков, не касаясь их. Время доступа к информации, находящейся на жестком диске, измеряется в миллисекундах, что намного больше, чем время доступа к информации, находящейся в оперативной памяти ПК. Для ускорения процесса обмена информацией между оперативной памятью и жестким диском используется механизм кэширования.

Гибкие диски – используются для хранения небольших объемов информации и для ее переноса с одного ПК на другой. Состоят из носителя – дискеты, и привода – дисковода. Дискета представляет собой тонкую пластиковую основу (диск), на которую нанесен магнитный слой. Для предохранения от пыли и повреждений основа помещается в жесткий чехол, внутри которого она может свободно вращаться.

Дискеты отличаются:

· диаметром - 3,5 и 5,25 дюйма

· количеством информации – DD – двойная плотность (720 Кб – 3,5д;
360 Кб – 5,25д)

-HD – высокая плотность (1,44 Мб – 3,5д; 1,2 Мб – 5,25д)

Устройство привода (дисковода) похоже на привод жесткого диска. Но скорость вращающего дискету двигателя меньше и зависит от типа дискеты. (Обычно 300 – 360 об/мин). Головки чтения/записи не «летят» над поверхностью дискеты, а касаются ее.

Накопители на магнитной ленте – обычно используются для хранения копии информации, содержащейся на дискете. Носитель – картридж – кассета с магнитной лентой, похожая на кассету для магнитофона. Привод – стример – лентопротяжный механизм. В настоящее время максимальное количество сохраняемой в стримере информации достигает 510 Мб.

Оптические диски (лазерные диски, CD-ROM) – можно разделить на 3 класса: только для чтения (CD), с однократной записью и многократным считыванием (CD-R), и с многократной перезаписью информации (CD-RW). Информация содержится на одной спиральной дорожке, проходящей через всю поверхность диска.

CD - В основе записи информации с помощью лазера лежит модуляция интенсивности излучения лазера дискретными значениями 1 и 0. Излучение достаточно мощного лазера оставляет на поверхности диска метки, вызванные воздействием луча на металл. Поверхность диска предварительно покрывается тонким слоем металла – теллура. При записи логической единицы луч прожигает в пленке теллура микроскопическое отверстие. Запись начинается с внутренних дорожек и ведется с большой плотностью – 630 дорожек на миллиметр. Длина всей спиральной дорожки – около 5 км. Таким способом изготавливается первичный «мастер-диск», с которого потом производится тиражирование всей партии дисков методом литья под давлением. При считывании информации ямки и ровные участки дорожки дают разную интенсивность отраженного луча, которая регистрируется фотоприемником.

DVD (DigitalVideoDisc) - информация на этих дисках может быть размещена на одной либо на обеих сторонах, в одном либо в двух слоях. Двухсторонние двухслойные диски позволяют хранить 17 Гб информации. Расстояние между слоями в двухслойных дисках – 40 мкм. Переключение между слоями осуществляется фокусировкой лазера на требуемом расстоянии. Двухсторонние диски склеиваются из двух отдельных дисков толщиной 0,6 мм. Для доступа ко втор