Сделай Сам Свою Работу на 5

Опишите внешнее и внутреннее (описание системного блока) оборудование компьютера. Что такое устройство ввода-вывода?





Внутренние:

Системный блок – основная часть компьютера. Он состоит из металлического корпуса, в котором располагаются основные компоненты компьютера. С ним соединены кабелями клавиатура, мышь и монитор. Внутри системного блока расположены:

  • микропроцессор, который выполняет все поступающие команды, производит вычисления и управляет работой всех компонентов компьютера;
  • жесткий диск, предназначенный для постоянного хранения программ и данных;
  • оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;
  • системная шина, осуществляющая информационную связь между устройствами компьютера;
  • материнская плата, на которой находятся микропроцессор, системная шина, оперативная память, коммуникационные разъемы, микросхемы управления различными компонентами компьютера, счётчик времени, системы индикации и защиты;
  • блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
  • вентиляторы для охлаждения греющихся элементов;

Аппаратной основой системного блока является материнская плата - самостоятельный элемент, который управляет внутренними связями и с помощью системы прерываний взаимодействует с внешними устройствами. На материнской плате расположены все важнейшие микросхемы.



Внешние:

Компьютер обменивается информацией с внешним миром с помощью периферийных устройств. Только благодаря периферийным устройствам человек может взаимодействовать с компьютером, а также со всеми подключенными к нему устройствами. Любое подключенное периферийное устройство в каждый момент времени может быть или занято выполнением порученной ему работы или пребывать в ожидании нового задания. Скорость работы внешних устройств от быстродействия процессора не зависит.

Периферийные устройства делятся на устройства ввода и устройства вывода. Устройства вводапреобразуют информацию в форму понятную машине, после чего компьютер может ее обрабатывать и запоминать. Устройства вывода переводят информацию из машинного представления в образы, понятные человеку.

Самым известным устройством ввода информации является клавиатура– это стандартное устройство, предназначенное для ручного ввода информации. Работой клавиатуры управляет контроллер клавиатуры. При нажатии пользователем клавиши на клавиатуре, контроллер преобразует код нажатой клавиши в соответствующую последовательность битов и передает их компьютеру.



Мониторисплей)является основным устройством вывода графической информации. По принципу действия мониторы подразделяются на мониторы с электронно-лучевой трубкой (Catode Ray Tube - CRT) и жидкокристаллические - (Liquid Crystal Display - LCD).

Из каких основных элементов состоит компьютер, структура и функции устройств (нарисуйте и опишите блок-схему компьютера с единой шиной). Опишите основные характеристики шины(структура параллельной шины).

  • микропроцессор, который выполняет все поступающие команды, производит вычисления и управляет работой всех компонентов компьютера;
  • жесткий диск, предназначенный для постоянного хранения программ и данных;
  • оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;
  • системная шина, осуществляющая информационную связь между устройствами компьютера;
  • материнская плата, на которой находятся микропроцессор, системная шина, оперативная память, коммуникационные разъемы, микросхемы управления различными компонентами компьютера, счётчик времени, системы индикации и защиты;
  • Устройства ввода-вывода.

Магистраль состоит из трех частей:

  1. Шина адреса, на которой устанавливается адрес требуемой ячейки памяти или устройства, с которым будет происходить обмен информацией.
  2. Шина данных, по которой будет передаваться необходимая информация.

Шина управления, регулирующая этот процесс. (по шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Эти сигналы показывают – какую операцию следует производить).



Компьютерная ши́на — (двунаправленный универсальный коммутатор) — подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера. Обычно шина управляется драйвером. В отличие от связи точка-точка, к шине можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Каждая шина определяет свой набор соединений для физического подключения устройств, карт и кабелей.

Ранние компьютерные шины представляли собой параллельные электрические шины с несколькими подключениями, но сейчас данный термин используется для любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины. Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения и могут иметь параллельные (multidrop) и цепные (daisy chain) топологии.

8)

основные функции:

  • Выполнять команды программы, находящейся в оперативной памяти.
  • Координировать работу всех устройств компьютера.

В состав процессора обязательно входят:

  • устройство управления (координирует работу всех устройств компьютера);
  • арифметико-логическое устройство (выполняет команды программы, находящейся в оперативной памяти);
  • регистры памяти (ячейки, в которых по очереди помещаются команды программы, по которой работает процессор и вся необходимая информация для их выполнения);
  • шины данных, команд, адресов (по этим магистралям происходит обмен данными между внутренними устройствами процессора и внешними по отношению к нему).

Каждая микросхема процессора содержит набор выводов, через которые осуществляется обмен данными с другими устройствами, каждый из выводов (групп выводов) имеют своё назначение. Одни из выводов передают сигналы от ЦП, по другим принимаются сигналы центральным процессором, третья группа выводов выполняет и то, и другое. Все выводы микросхемы ЦП делятся на три основных типа:

Адресные; Информационные; Управляющие;

 

Выводы управления предназначены для регулирования и синхронизации потоков данных к процессору и от него. Они включают управление шиной, прерывания, арбитраж шины, выводы состояния и прочие.

Выводы управления шиной - выходы из микропроцессора в шину, которые обеспечивают информацию по управлению шиной, допустим, процессор хочет считать какие-то данные, шина должна загрузить из оперативной памяти в процессор эти данные.

Выводы прерывания - входы в процессор из внешних устройств, по ним подаётся сигнал прерывания, что какое-то внешнее устройство хочет загрузить данные в процессор.

Выводы арбитраж шины - по ним осуществляется разрешение конфликтов в шине, т.е. регулирование потоков данных в шине, чтобы не допустить ситуацию, когда два устройства пытаются одновременно воспользоваться шиной. Для разрешения конфликтов процессор тоже считается устройством.

Выводы сопроцессора - по ним передаются сигналы, данные и команды по обмену сопроцессором.

Выводы состояния - по ним выдаётся и принимается информация о состоянии процессора, т.е. это может быть информация, что процессор не может взаимодействовать с каким-то устройством, потому что он занят.

Основные особенности RISC-процессоров:

  1. Сокращенный набор команд (от 80 до 150 команд).
  2. Большинство команд выполняется за 1 такт.
  3. Большое количество регистров общего назначения.
  4. Наличие жестких многоступенчатых конвейеров.
  5. Все команды имеют простой формат, и используются немногие способы адресации.
  6. Наличие вместительной раздельной кэш-памяти.
  7. Применение оптимизирующих компиляторов, которые анализируют исходный код и частично меняют порядок следования команд.

9)На рис. представлен в виде графа классический цикл фон Неймана, описывающий работу центрального процессора и оперативной памяти типового компьютера.

Рис. Граф последовательного выполнения команд компьютера (Цикл фон Неймана).

Показанная на графе последовательность из четырех фаз выполняется в

виде цикла для выполнения последовательно каждой команды программы. реализуя так

называемый принцип последовательного выполнения команд процессора.

Таким образом, цикл работы центрального процессора по модели фон-Неймана

никоим образом не зависит от того, какая программа по структуре и прикладному

содержанию выполняется в компьютере. Но последовательный принцип выполнения

команд имеет низкую производительность, так как процессор в своем цикле целиком

занят только выполнением одной команды, поэтому были предприняты попытки

увеличить производительность процессоров. В частности, были созданы процессоры

семейства Pentium, в которых реализован «конвейерный принцип выполнения команд»,

при котором в модернизированном цикле фон-Неймана выполняется одновременно

несколько команд (до восьми) по принципу обычного конвейера, со смещением начала

выполнения цепочки команд.

 

Устройство выработки временных интервалов предназначено для форми­рования и выдачи внутренних синхросигналов состояний, фаз и циклов. Количество машинных циклов определяет продолжительность выполнения команд. Практически все команды ОМЭВМ выполняются за один или два машинных цикла, кроме команд умножения MUL А, В и деления DIV А, В, продолжительность выполнения кото­рых составляет четыре машинных цикла. Машинный цикл имеет фиксированную длительность и содержит шесть состояний S1-S6, каждое из которых состоит из двух временных интервалов, определяемых фазами Р1 и Р2. Длительность фазы равна периоду следования внешнего сигнала BQ, являющегося первичным сигналом синхронизации ОМЭВМ. Сигнал BQ вырабатывается либо встроенным тактовым генератором ОМЭВМ при подключении к ее выводам 18 (BQ2) и 19 (BQ1) кварцевого резонатора или LC-цепочки, либо внешним источником тактовых сигналов.

Схема подключения кварцевого резонатора к выводам BQ2 и BQ1 показана на рисунке 3.

Рисунок 3 – Подключение кварцевого резонатора


Рисунок 4 – Диаграмма формирования машинных циклов ОМЭВМ


Рисунок 4 иллюстрирует формирование машинных циклов в ОМЭВМ. Все машинные циклы одинаковы, состоят из 12 периодов сигнала BQ, начинаются фазой S1 P1 и заканчиваются фазой S6 P2. Дважды за один машинный цикл формируется сигнал ALE, выдаваемый на одноименный вывод. Если, например, внешняя частота fBQ = 12 МГц, то длительность машинного цикла ТМЦ = 1 мкс.

Вычислительная мощность

Часто называемая мощностью и скоростью процессора, и разными другими именами, вычислительная мощность — это способность компьютера обрабатывать данные. Вычислительная мощность зависит от архитектуры (и тактовой частоты) процессора — обычно процессоры с более высокой тактовой частотой и с большим размером машинного слова имеют большую вычислительную мощность.

· Вычислительная мощность фиксирована

· Вычислительную мощность нельзя сохранить

Вычислительная мощность фиксирована в том смысле, что процессор имеет чётко определённую скорость. Например, если вам нужно сложить два числа (это действие в большинстве архитектур выполняется за одну машинную команду), конкретный процессор может выполнить это только с какой-то определённой скоростью. За редкими исключениями, нельзя не только сильно увеличить скорость обработки команд процессором, но и уменьшить её.

Вычислительная мощность фиксирована ещё в одном плане — она конечна. То есть существуют ограничения типов процессоров, которые можно поставить в определённый компьютер. Некоторые компьютеры поддерживают широкий диапазон процессоров с разной частотой, тогда как другие могут вообще не допускать замену процессора.

Увеличение производительности процессора, конвейеры, суперскалярная архитектура (нарисуйте и опишите работу конвейера процессора)? В чем заключается основной принцип конвейеризации какого-либо процесса?

Конве́йер — это способ организации вычислений, используемый в современных процессорах и контроллерах с целью повышения их производительности (увеличения числа инструкций, выполняемых в единицу времени), технология, используемая при разработке компьютеров и других цифровых электронных устройств.

Идея заключается в разделении обработки компьютерной инструкции на последовательность независимых стадий с сохранением результатов в конце каждой стадии. Это позволяет управляющим цепям процессора получать инструкции со скоростью самой медленной стадии обработки, однако при этом намного быстрее, чем при выполнении эксклюзивной полной обработки каждой инструкции от начала до конца.

Многие современные процессоры управляются тактовым генератором. Процессор внутри состоит из логических элементов и ячеек памяти — триггеров. Когда приходит сигнал от тактового генератора, триггеры приобретают своё новое значение и логике требуется некоторое время для декодирования новых значений. Затем приходит следующий сигнал от тактового генератора, триггеры принимают новые значения, и так далее. Разбивая последовательности логических элементов на более короткие и помещая триггеры между этими короткими последовательностями уменьшают время, необходимое логике для обработки сигналов. В этом случае длительность одного такта процессора может быть соответственно уменьшена.

Например, простейший конвейер RISC-процессоров можно представить пятью стадиями с наборами триггеров между стадиями:

  • получение инструкции (англ. Instruction Fetch);
  • декодирование инструкции (англ. Instruction Decode) и чтение регистров (англ. Register fetch);
  • выполнение (англ. Execute);
  • доступ к памяти (англ. Memory access);
  • запись в регистр (англ. Register write back);

Процессоры с конвейером внутри устроены так, что обработка инструкций разделена на последовательность стадий, предполагая одновременную обработку нескольких инструкций на разных стадиях. Результаты работы каждой из стадий передаются через ячейки памяти на следующую стадию, и так — до тех пор, пока инструкция не будет выполнена. Подобная организация процессора, при некотором увеличении среднего времени выполнения каждой инструкции, тем не менее обеспечивает значительный рост производительности за счёт высокой частоты завершения выполнения инструкций.

Не все инструкции являются независимыми. В простейшем конвейере, где обработка инструкции представлена пятью стадиями, для обеспечения полной загрузки, в то время пока заканчивается обработка первой инструкции, должно обрабатываться параллельно ещё четыре последовательных независимых инструкции. Если последовательность содержит инструкции, зависимые от выполняемых в данный момент, то управляющая логика простейшего конвейера приостанавливает несколько начальных стадий конвейера, помещая этим самым в конвейер пустую инструкцию («пузырёк»), иногда неоднократно, — до тех пор, пока зависимость не будет разрешена. Существует ряд приёмов, таких как форвардинг, значительно снижающих необходимость приостанавливать в таких случаях часть конвейера. Однако зависимость между инструкциями, одновременно обрабатываемыми процессором, не позволяет добиться увеличения производительности кратно количеству стадий конвейера в сравнении с бесконвейерным процессором.

Общий конвейер

Справа изображен общий конвейер с четырьмя стадиями работы:

  1. Получение (англ. Fetch)
  2. Раскодирование (англ. Decode)
  3. Выполнение (англ. Execute)
  4. Запись результата (англ. Write-back)

Верхняя серая область — список инструкций, которые предстоит выполнить. Нижняя серая область — список инструкций, которые уже были выполнены. И средняя белая область является самим конвейером.

Выполнение происходит следующим образом:

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.