Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2




НазваниеПеречислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2
страница2/15
Дата21.09.2012
Размер1.59 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

USB (Universal Serial Bus)это популярная универсальная последовательная шина. Предназначена для легкого подключения различного вида устройств это клавиатуры, мыши, джойстики, колонки, модемы, мобильные телефоны, ленточные, дисковые, оптические и магнитооптические накопители, флэш-диски, сканеры и принтеры, словом все, что подключается к ПК

Разработка шины началась в 1995 году, когда многие компании, стремясь следовать провозглашенному принципу Plug'n'Play стремились создать нечто, позволяющее сделать процедуру добавления новых устройств в систему максимально простой, да и к тому же универсальное, пригодное для большого числа разного вида устройств. При подключении устройства система автоматически определяет, какой ресурс, включая программный драйвер и пропускную способность, нужен каждому периферийному устройству и делает этот ресурс доступным без вмешательства пользователя.


Спецификация протоколов USB:

USB 1.1 – 12 Мбит/с

USB 2.0 - 480 Мбит/с

USB 3.0 – 5 Гбит/с + оптимизация для пониженного уровня энергопотребления и повышенной эффективности (первое полугодие 2008г.)




Подключаемые устройства, потребляющие небольшой ток, могут быть запитаны от шины USB. Максимальный ток, который может обеспечить шина равен 500 мА. Это ток, доступный всем устройствам на шине (при этом на стадии подключения и конфигурирования потребляемый ток не должен превышать 100 мА, в противном случае устройство просто не будет инициировано)

Архитектурная особенность шины USB в том, что её логическая топология - многоуровневая звезда. Допускается организация до пяти уровней. USB шина позволяет подключать до 127 устройств.

Хост - программно-аппаратный комплекс, в обязанности хоста входит:

- слежение за подключением и отключением устройств;

- организация управляющих потоков между USB-устройством и хостом;

- организация потоков данных между USB-устройством и хостом;

- контроль состояния устройств и ведение статистики активности;

снабжение подключенных устройств электропитанием.

Хост контроллер - аппаратная часть, посредник между хостом и устройствами на шине.

Концентратор (хаб). Позволяет множественные подключения к одному порту, создавая дополнительные порты. Каждый хаб имеет один восходящий порт, предназначенный для подключения к имеющемуся в наличии свободному порту, и несколько нисходящих, к которым могут быть подключены или снова концентраторы, или конечные устройства, либо совмещенные устройства. Хаб должен следить за подключением и отключением устройств, уведомляя хост об изменениях, управлять питанием портов.

Функциональное устройство. С точки зрения USB, устройство - это набор конечных точек с которыми возможен обмен данными. Число и функции точек зависят от устройства и выполняемых им функций, и определяются при производстве. В обязательном порядке присутствует точка с номером 0 - для контроля состояния устройства и управления им. До осуществления конфигурирования устройства через точку 0 остальные каналы не доступны.

Все передачи данных инициируются хостом в соответствии определенной временной программой. Функциональные устройства сами не могут инициировать передачу, а лишь отвечают на запросы хоста. Если у устройства возникла необходимость передать данные, оно не может никаким образом дать знать об этом хосту. Для того, что бы выполнить такую передачу, хост должен обратиться у устройству с вопросом, не имеет ли оно желание чего-либо ему сказать (послав пакет in). В ответ на что устройство вышлет ему имеющиеся данные и дождется получения подтверждения. Соответственно, если хост не обратиться с таким вопросом, то данные никогда не будут переданы.


Материнская плата. Назначение, основные характеристики, устройство, чипсет, северный и южный мосты, BIOS, PnP, слоты, AGP, PCI, PCI-Express, IDE, SATA, PS/2, COM, LPT, D-SUB, DVI, LAN, VRM.

М
атеринская плата имеет несколько основных характеристик:


Форм-фактор (AT/ATX) - определяет форму, размеры материнских плат, расположение компонент на плате. Важно: форм-фактор платы определяет, в какой тип корпуса вы можете ее поставить. Корпуса соответственно бывают AT/ATX. ATX стоит дороже, но предоставляет дополнительные возможности: программное включение/выключение компьютера, более надежный разъем питания, лучшая вентиляция корпуса. Существуют платы, которые одновременно поддерживают оба форм-фактора.

Разъем процессора – указывает на виды поддерживаемых материнской платой процессоров.

Количество и тип разъемов для плат расширения (PCI, AGP, PCI-Express, DIMM, IDE, SATA). Для подключения плат расширения (видеокарт, звуковых карт, внутренних модемов, модулей памяти, жёстких дисков и др.) необходимо иметь на плате достаточное количество разъемов расширения соответствующего типа. Слоты для установки оперативной памяти. От слотов для установки плат отличаются наличием специальных замочков-"защелок". Количество слотов обоих типов может варьироваться от 2 до 6.

Chip Set - набор микросхем. Это одна или несколько микросхем, таймеры, систему управления пспециально разработанных для "обвязки" микропроцессора. Они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти,амятью и шиной - все те компоненты, которые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда - клавиатурный контроллер, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств. Внешне микросхемы Chipset'а выглядят, как самые большие после процессора, с количеством выводов от нескольких десятков до двух сотен. Название набора обычно происходит от маркировки основной микросхемы - OPTi495SLC, SiS471, UMC491, i82C437VX и т.п. Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы: типы поддерживаемых процессоров, структура/объем кэша, возможные сочетания типов и объемов модулей памяти, поддержка режимов энергосбережения, возможность программной настройки параметров и т.п. На одном и том же наборе может выпускаться несколько моделей системных плат, от простейших до довольно сложных с интегрированными контроллерами портов, дисков, видео и т.п.

Возможности разгона. Для эффективного разгона процессора необходима возможность менять частоту шины и напряжение питания процессора. Эти функции могут быть реализованы с помощью перемычек на плате или через настройки в BIOS. Для существенного подъема частоты шины надо иметь быструю память, способную работать на этой частоте.

Контроллеры портов и разъёмы

Разъемы USB, PS/2 (мышь, клавиатура), LPT (параллельный порт), COM (последовательный порт), D-SUB (аналоговый выход на монитор), DVI (цифровой выход на монитор), LAN (локальная сеть).

Infrared Connector - разъем для инфракрасного излучателя/приемника. Подключен к одному из встроенных COM-портов (обычно - COM2) и позволяет установить беспроводную связь с любым устройством, снабженным подобным излучателем и приемником. Работает по тому же принципу, что и пульты управления бытовой радиоаппаратурой.

Cache (запас) обозначает быстродействующую буферную память между процессором и основной памятью. Кэш служит для частичной компенсации разницы в скорости процессора и основной памяти - туда попадают наиболее часто используемые данные. Когда процессор первый раз обращается к ячейке памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш, и в случае повторного обращения в скором времени может быть с гораздо большей скоростью выбрано из кэша.

VRM (Voltage Regulator Module) - модуль регулятора напряжения. Служит для формирования нужных напряжений питания процессора. Разработан для того, чтобы существующие системные платы могли поддерживать новые типы процессоров, которые появятся в будущем.

"Green Motherboard" Системная плата с поддержкой энергосбережения. Chipset и BIOS платы поддерживают снижение частоты процессора при перерывах в работе, отключение винчестера и монитора при отсутствии обращений к ним, и т.п. Отношение специалистов к данным режимам неоднозначное: при чрезмерно частом (десятки раз в сутки) отключении монитора или винчестера экономия энергии будет мизерной, зато заметно возрастет шанс выхода их из строя.

BIOS (basic input/output system) - базовая система ввода-вывода - это встроенное в компьютер программное обеспечение, которое ему доступно без обращения к диску. На PC BIOS содержит код, необходимый для управления клавиатурой, видеокартой, дисками, портами и другими устройствами. Обычно BIOS размещается в микросхеме ПЗУ (ROM), размещенной на материнской плате компьютера (поэтому этот чип часто называют ROM BIOS). Эта технология позволяет BIOS всегда быть доступным, несмотря на повреждения, например, дисковой системы. Это также позволяет компьютеру самостоятельно загружаться. Поскольку доступ к RAM (оперативной памяти) осуществляется значительно быстрее, чем к ROM, многие производители компьютеров создают системы таким образом, чтобы при включении компьютера выполнялось копирование BIOS из ROM в оперативную память. Задействованная при этом область памяти называется Shadow Memory (теневая память).

В настоящее время, почти все материнские платы комплектуются Flash BIOS, BIOSом, который в любой момент может быть перезаписан в микросхеме ROM при помощи специальной программы. BIOS PC стандартизирован, поэтому, в принципе менять его, также как, например, операционные системы нет необходимости. Дополнительные возможности компьютера можно использовать только использованием нового программного обеспечения. BIOS, который поддерживает технологию Plug-and-Play, называется PnP BIOS. При использовании этой технологии BIOS должен быть обязательно прошит во Flash ROM.

PnP (Plug And Play) - "вставь и играйся". Обозначает технологию, которая сводит к минимуму усилия по подключению новой аппаратуры. PnP-карты не имеют перемычек конфигурации или особых программ настройки; вместо этого общий для компьтера PnP-диспетчер (отдельная программа либо часть BIOS или ОС) сам находит каждую из них и настраивает на соответствующие адреса, линии IRQ, DMA, области памяти, предотвращая совпадения и конфликты. PnP BIOS обычно обозначает BIOS с поддержкой такой настройки, однако настройка карт на азрличных шинах различается.

Для соединения блока питания с платой используется единый 20-контактный разъем. В стандарте ATX оговорен также необязательный разъем, через который с блока питания на плату подается информация о частоте вращения вентилятора, а с платы в блок питания - сигнал управления вентилятором и контрольный уровень напряжения 3.3 В для более точной его стабилизации. Наружные интерфейсные разъемы располагаются в области верхнего правого угла платы и могут устанавливаться друг над другом. Для разъемов расширения отведена левая половина платы (до семи разъемов); за счет вынесения процессора на правую сторону ограничения на длину устанавливаемых плат отсутствуют. Разъемы для модулей памяти расположены посередине, а интерфейсные разъемы дисков - в правом нижнем углу, в непосредственной близости от самих дисков. Выпускаются также стандартные платы формата AT, имеющие разъем для блока питания ATX и поддерживающие управление сетевым питанием.

Основные параметры материнской платы

1) Прежде всего - поколением процессора, под который она предназначена. Специальная материнская плата существует для каждого поколения процессора. Установить процессор одного поколения в материнскую плату другого чаще всего просто невозможно.

2) Диапазоном поддерживаемых процессоров в рамках одного поколения. Чем дороже и качественнее плата, тем больше процессоров она сможет поддержать.

3) Частотой системной шины. Это - величина, прямо связанная с частотой и скоростью процессора. Процессор фактически умножает рабочую частоту материнской платы - в 2, 3 и более раз (на выборе сочетания одного из коэффициентов с частотой системной шины и основан способ так называемого разгона процессоров.

4) Базовым набором микросхем - чипсетом. Для каждого типа материнской платы существует несколько основных чипсетов, различающихся по предоставляемым ими возможностям и, соответственно, ценам.

5) Фирмой-производителем.

6) Форматом материнской платы (форм-фактором), то есть способом расположения на плате основных микросхем, слотов и т.д.

7) Базовым набором слотов и разъемов. При выборе платы следите, чтобы на ней имелось достаточно всех необходимых слотов.

8) Наличием интегрированных устройств. На многих современных материнских платах вы можете встретить целый ряд "встроенных" устройств - таких, например, как видеокарта и звуковая плата.

9) Поддержкой режима SATA (последовательный интерфейс), обеспечивающего возможность работы с "быстрыми" жесткими дисками.

10) Поддержкой "зеленого" (Green) режима экономии электроэнергии.

Микропроцессоры. Структура Intel x86: УУ, АЛУ, память, интерфейс. Классификация по архитектуре системы команд: CISC и RISC. Параллельная архитектура.


Центральный процессор (ЦПУ, CPU, от англ. Central Processing Unit)это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров (МП).

Физически микропроцессор представляет собой интегральную схемутонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора.

Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.




Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом.

Д. фон Нейман придумал схему постройки компьютера в 1946 году.

Этапы цикла выполнения:

  1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения;

  2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности;

  3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;

  4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;

  5. Снова выполняется п. 1.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.


Основные компоненты микропроцессора

Устройство управления (УУ) – вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций во все блоки Э
ВМ

Регистр команд – запоминающий регистр, хранит код команды: код выполняемой операции и адреса операндов

Дешифратор операции – логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из множества имеющихся у него выходов

ПЗУ микропрограмм – хранит управляющие сигналы, необходимые для выполнения в блоках ПК операций обработки информации

Узел формирования адреса - устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам , поступающим из регистра команд и регистров МПП

КШД, КША и КШИ – часть внутренней интерфейсной шины микропроцессора

А
рифметико-логическое устройство (АЛУ) – предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

Микропроцессорная память (кэш) – предназначена для кратковременного хранения информации, участвующей в вычислениях в ближайшие такты работы процессора. Имеет небольшой объём (до нескольких Мб), но очень высокое быстродействие (время доступа измеряется нс).

Интерфейсная часть микропроцессора – предназначена для связи и согласования МП с системной шиной ПК, а также для формирования полных адресов операндов и команд.


Конвейерная архитектура

Конвейерная архитектура (pipelining) была введена в центральный процессор с целью повышения быстродействия. Обычно для выполнения каждой команды требуется осуществить некоторое количество однотипных операций, например: выборка команды из ОЗУ, дешифрация команды, адресация операнда в ОЗУ, выборка операнда из ОЗУ, выполнение команды, запись результата в ОЗУ. Каждую из этих операций сопоставляют одной ступени конвейера.

После освобождения k-й ступени конвейера она сразу приступает к работе над следующей командой. Если предположить, что каждая ступень конвейера тратит единицу времени на свою работу, то выполнение команды на конвейере длиной в n ступеней займёт n единиц времени, однако в самом оптимистичном случае результат выполнения каждой следующей команды будет получаться через каждую единицу времени.

Действительно, при отсутствии конвейера выполнение команды займёт n единиц времени (так как для выполнения команды по прежнему необходимо выполнять выборку, дешифрацию и т. д.), и для исполнения m команд понадобится единиц времени; при использовании конвейера (в самом оптимистичном случае) для выполнения m команд понадобится всего лишь n + m единиц времени.

Факторы, снижающие эффективность конвейера:

  1. простой конвейера, когда некоторые ступени не используются (напр., адресация и выборка операнда из ОЗУ не нужны, если команда работает с регистрами);

  2. ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начать выполняться до выполнения первой (это преодолевается при использовании внеочередного выполнения команд, out-of-order execution);

  3. очистка конвейера при попадании в него команды перехода (эту проблему удаётся сгладить, используя предсказание переходов).

Некоторые современные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что увеличивает производительность процессора, однако приводит к большому времени простоя (например, в случае ошибки в предсказании условного перехода.)
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconПрограмма государственного междисциплинарного экзамена по специальности
Эвм как совокупность аппаратных и программных средств. Принцип программного управления фон-Неймана. Понятия архитектуры, организации...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon9. Архитектура фон Неймана – основные признаки
В компьютерной науке роль таких фундаментальных идей сыграли принципы, сформулированные независимо друг от друга двумя гениями современной...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconОтчет по дисциплине “Организация эвм” Лабораторная работа “Принципы Фон Неймана и логическая схема функционирования эвм”
Заданное арифметическое выражение разложить на уровень элементарных операций; каждой элементарной операции поставить в соответствие...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconОтветы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете?
Основные из традиционных принципов построения эвм, сформулированные фон Нейманом
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon1. Часть Техническое обеспечение компьютерных информационных технологий
Революционность идеи фон Неймана состоит в том, чтобы хранить в памяти не только данные, но и способы их обработки для получения...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon1. Структура ЭВМ. Основные характеристики устройств ЭВМ
Функциональная и структурная организция вм базируется на определенных принципах,состовляющих методоогическую основу цифровой вычислительной...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon8 Технические средства обеспечения безопасности объектов имущества извещатель охранный объемный радиоволновой "фон-1М" (ио 407-4) (81104)
Он предназначен для защиты открытых площадок с ограждением или помещений с большим диапазоном воздействия окружающей среды. "Фон-lM"...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРеферат по литературе на тему
Гингста, переменившего фамилию Гингст на фон Гиппиус и переселившегося в Россию (в Москву) в 16 веке из Мекленбурга (герб фон Гиппиус...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРеферат «Истоия вычислительной техники»
Эвм первого поколения; eniak, мэсм, "Стрела", электронные лампы; перфоленты; Джон фон Нейман; С. А. Лебедев
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРабочая программа Наименование дисциплины
Целью курса является привитие студентам навыка автоматизации процесса решения широкого спектра технических задач путём программирования...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница