Structure fonctionnelle d'un ordinateur. Organisation fonctionnelle et structurelle d'un ordinateur personnel. Fonctions d'un ordinateur en tant que système de traitement de données

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La mémoire interne est un appareil électronique qui stocke des informations lorsqu'il est alimenté par l'électricité. Lorsque l'ordinateur est déconnecté du réseau, les informations de mémoire vive disparaît. Le programme est stocké dans le mémoire interne ordinateur. (Principe de Von Neumann - principe du programme stocké). La mémoire externe est une variété de supports magnétiques (bandes, disques), disques optiques. Le stockage d'informations sur eux ne nécessite pas d'alimentation électrique constante. La figure montre un schéma d'une structure informatique prenant en compte deux types de mémoire. Les flèches indiquent les directions échange d'informations

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1. Appareils inclus unité système 1.1. Carte mère La carte mère assure la communication entre tous les appareils PC en transmettant des signaux d'un appareil à l'autre. Sur une surface carte mère il existe un grand nombre de connecteurs destinés à l'installation d'autres appareils : sockets – sockets pour processeurs ; emplacements – connecteurs pour RAM et cartes d'extension ; Contrôleurs de ports E/S. Carte mère - circuit imprimé, sur lequel sont montés la plupart des composants d’un système informatique. Le nom vient de l'anglais carte mère, parfois l'abréviation MB ou le mot mainboard est utilisé - main board.

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A – connecteur (prise) du processeur central B – connecteurs pour RAM C – connecteurs pour connecter une carte vidéo, un modem interne, etc. D – connecteurs pour connecter des périphériques d'entrée/sortie externes 1. Périphériques inclus dans l'unité centrale 1.1. Carte mère Faites correspondre les connecteurs indiqués sur la figure (dispositifs de commutation) et leur fonction :

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Le processeur dispose d'un gros radiateur refroidi par un ventilateur (refroidisseur). Structurellement, le processeur est constitué de cellules dans lesquelles les données peuvent non seulement être stockées, mais également modifiées. Les cellules internes du processeur sont appelées registres. Périphériques inclus dans l'unité système 1.2. Processeur central L'unité centrale de traitement, ou unité centrale de traitement (CPU), est la principale puce informatique dans laquelle tous les calculs sont effectués.

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Bus d'adresses. U Processeurs Intel Les Pentium (et ils sont aujourd'hui les plus courants dans les ordinateurs personnels) disposent d'un bus d'adresses de 32 bits, c'est-à-dire qu'il se compose de 32 lignes parallèles. Bus de données. Ce bus copie les données de la RAM vers les registres du processeur et inversement. Dans les ordinateurs construits sur des processeurs Intel Pentium, le bus de données est de 64 bits, c'est-à-dire qu'il se compose de 64 lignes, le long desquelles 8 octets sont reçus à la fois pour le traitement. Bus de commande. Pour que le processeur puisse traiter les données, il a besoin d'instructions. Il doit savoir quoi faire des octets stockés dans ses registres. Ces commandes arrivent également au processeur depuis la RAM, mais pas depuis les zones où les tableaux de données sont stockés, mais depuis celles où les programmes sont stockés. Les commandes sont également représentées en octets. Les commandes les plus simples tiennent sur un octet, mais il y a aussi celles qui nécessitent deux, trois octets ou plus. Périphériques inclus dans l'unité système 1.2. Unité centrale de traitement Le processeur est connecté au reste des dispositifs informatiques, et principalement à la RAM, par plusieurs groupes de conducteurs appelés bus. Il existe trois bus principaux : le bus de données, le bus d'adresses et le bus de commandes.

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La tension de fonctionnement du processeur est fournie par la carte mère, donc différentes marques de processeurs correspondent à différentes cartes mères (elles doivent être sélectionnées ensemble). Les premiers modèles de processeurs avaient tension de fonctionnement 5V, et actuellement il est inférieur à 3V. La capacité du processeur indique le nombre de bits de données qu'il peut recevoir et traiter dans ses registres à la fois (en un cycle d'horloge). Les premiers processeurs étaient 4 bits. Le processeur est basé sur le même principe d'horloge que celui d'une montre ordinaire. L'exécution de chaque commande prend un certain nombre de cycles d'horloge. Dans un ordinateur personnel, les impulsions d'horloge sont définies par l'un des microcircuits inclus dans le kit du microprocesseur (chipset) situé sur la carte mère. Plus la fréquence d'horloge entrant dans le processeur est élevée, plus il peut exécuter de commandes par unité de temps, plus les performances du processeur sont élevées. L'échange de données au sein du processeur est plusieurs fois plus rapide que l'échange avec d'autres appareils, tels que la RAM. Afin de réduire le nombre d'accès à la RAM, une zone tampon est créée à l'intérieur du processeur - ce qu'on appelle la mémoire cache. C'est comme une "super RAM". Lorsque le processeur a besoin de données, il accède d'abord à la mémoire cache, et seulement si les données nécessaires ne s'y trouvent pas, il accède à la RAM des périphériques inclus dans l'unité centrale 1.2. Processeur central Les principaux paramètres des processeurs sont : la tension de fonctionnement, la profondeur de bits, la fréquence d'horloge de fonctionnement, le facteur de multiplication de la fréquence d'horloge interne et la taille de la mémoire cache.

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Il existe deux types de RAM : la mémoire vive (RAM - Random Access Memory) et la mémoire morte (ROM - Read Only Memory). La mémoire vive (RAM) est utilisée pour stocker des programmes, des données et des résultats intermédiaires de calculs pendant que l'ordinateur est en cours d'exécution. Les données peuvent être sélectionnées dans la mémoire dans un ordre aléatoire, plutôt que de manière strictement séquentielle, comme c'est le cas, par exemple, lorsque l'on travaille avec une bande magnétique. Périphériques inclus dans l'unité centrale 1.3. Mémoire vive Mémoire vive (RAM - mémoire vive). La mémoire morte (ROM) est utilisée pour l'emplacement permanent certains programmes, par exemple, les programmes amorcer Ordinateur – BIOS (système d’entrée-sortie de base – système de base E/S). Le contenu de cette mémoire ne peut pas être modifié pendant le fonctionnement de l'ordinateur. La RAM est volatile, c'est-à-dire que les données n'y sont stockées que jusqu'à ce que le PC soit éteint.

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Contrairement à une disquette « disquette », les informations contenues dans un disque dur sont enregistrées sur des plaques dures (aluminium ou verre) recouvertes d'une couche de matériau ferromagnétique. En mode fonctionnement, les têtes de lecture ne touchent pas la surface des plaques grâce à la couche d'air formée lors de la rotation rapide des disques. Périphériques inclus dans l'unité système 1.4. Disque dur Disque dur, disque dur ou disque dur (anglais Hard Disk Drive, HDD) - un périphérique de stockage informatique non volatile et réinscriptible

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Le disque dur a reçu le nom de « Winchester » grâce à IBM, qui a lancé en 1973 le modèle de disque dur 3340, qui combinait pour la première fois des disques et des têtes de lecture dans un seul boîtier monobloc. Lors de son développement, les ingénieurs ont utilisé le nom interne court « 30-30 », qui signifiait deux modules (dans la configuration maximale) de 30 Mo chacun. Kenneth Houghton, le chef de projet, en accord avec la désignation du fusil de chasse populaire « Winchester 30-30 », a proposé d'appeler ce disque « Winchester ». En Europe et en Amérique, le nom « Winchester » est tombé en désuétude dans les années 1990 ; dans l'argot informatique russe, le nom « disque dur » a été conservé, abrégé en mot « vis ». Périphériques inclus dans l'unité système 1.4. Disque dur

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L'interface est une méthode utilisée pour transférer des données. Les disques modernes peuvent utiliser les interfaces ATA (IDE, EIDE), Serial ATA, SCSI, SAS, FireWire, USB et Fibre Channel. La capacité est la quantité de données pouvant être stockée par le lecteur. La capacité des appareils modernes peut atteindre jusqu'à 1,5 To ; les disques durs d'une capacité de 80, 120, 200, 320 Go sont aujourd'hui courants dans les PC. Contrairement au système de préfixes adopté en informatique, désignant un multiple de 1024 (kilo = 1024), pour désigner un conteneur, les fabricants disques durs des multiples de 1000 sont utilisés. Ainsi, par exemple, un « vrai » conteneur disque dur, étiqueté « 200 Go », correspond à 186,2 Go. Taille physique - Presque tous les disques modernes pour ordinateurs personnels et serveurs mesurent 3,5 ou 2,5 pouces. Ces derniers sont plus souvent utilisés dans les ordinateurs portables. La vitesse de broche est le nombre de tours de broche par minute. Le temps d'accès et la vitesse de transfert des données dépendent en grande partie de ce paramètre. Actuellement, les disques durs sont produits avec les vitesses de rotation standard suivantes : 4 200, 5 400 et 7 200 (ordinateurs portables), 7 200 et 10 000 (ordinateurs personnels), 10 000 et 15 000 tr/min. (serveurs et postes de travail performants). Périphériques inclus dans l'unité système 1.4. Spécifications du disque dur

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Habituellement, une carte vidéo est une carte d'extension et est insérée dans un emplacement spécial (ISA, VLB, PCI, AGP, PCI-Express) pour les cartes vidéo sur la carte mère, mais elle peut également être intégrée. Une carte graphique moderne se compose des éléments principaux suivants : Unité de traitement graphique (GPU) - s'occupe des calculs de l'image de sortie, vous déchargeant de cette responsabilité CPU, effectue des calculs pour traiter les commandes Graphiques 3D. Une carte graphique (également appelée carte graphique, carte vidéo, adaptateur vidéo) est un périphérique qui convertit une image stockée dans la mémoire de l'ordinateur en un signal vidéo pour le moniteur. Périphériques inclus dans l'unité système 1.5. Carte graphique Contrôleur vidéo - responsable de la génération d'images dans la mémoire vidéo. Mémoire vidéo - agit comme un tampon dans lequel une image est stockée au format numérique pour être affichée sur un écran de contrôle. Convertisseur numérique-analogique (DAC) - utilisé pour convertir l'image générée par le contrôleur vidéo en niveaux d'intensité de couleur fournis à un moniteur analogique

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Sur la carte mère, la carte son est installée dans les emplacements ISA (format hérité) ou PCI (format moderne). Lorsque la carte son est installée, des ports apparaissent sur le panneau arrière du boîtier de l'ordinateur pour connecter des haut-parleurs, des écouteurs et un microphone. Périphériques inclus dans l'unité système 1.6. Carte son Une carte son (également appelée carte son ou adaptateur audio) est utilisée pour enregistrer et lire divers signaux sonores: parole, musique, bruitages. 1.7. Carte réseau Carte réseau (également connue sous le nom de Carte réseau, adaptateur réseau, carte Ethernet, NIC (carte d'interface réseau anglaise)) - une carte de circuit imprimé qui permet aux ordinateurs d'interagir les uns avec les autres via réseau local. En règle générale, la carte réseau se présente sous la forme d'un périphérique séparé et est insérée dans les connecteurs d'extension de la carte mère (principalement PCI, les premiers modèles utilisaient le bus ISA).

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Typiquement, une disquette est une plaque de plastique souple recouverte d'une couche ferromagnétique, d'où le nom anglais « floppy disk ». Cette plaque est placée dans une coque protectrice qui protège la couche magnétique des dommages physiques. La coque peut être flexible ou durable. Les disquettes sont écrites et lues à l'aide d'un périphérique spécial : un lecteur de disquette. Les disquettes disposent généralement d'une fonction de protection en écriture qui permet un accès en lecture seule aux données. Périphériques inclus dans l'unité système 1.8. La disquette 3,5" est un support de stockage magnétique portable utilisé pour l'enregistrement et le stockage répétés de données relativement petites. La première disquette d'un diamètre de 200 mm (8") et d'une capacité de 80 kilo-octets a été introduite par IBM en 1971. 1981, Sony lance une disquette d'un diamètre de 3½" (90 mm) sur le marché. Sa version ultérieure a une capacité de 1 440 kilo-octets ou 1,40 mégaoctets. C'est ce type de disquette qui est devenu la norme et est toujours utilisé aujourd'hui.

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Périphériques inclus dans l'unité système 1.9. Stockage sur disque compact Les informations numériques sont représentées sur un CD par une alternance de fossettes (taches non réfléchissantes) et d'îlots réfléchissant la lumière. Un CD ne comporte qu'une seule piste physique sous la forme d'une spirale continue allant du diamètre extérieur du disque au diamètre intérieur. La lecture des informations d'un CD s'effectue à l'aide d'un faisceau laser qui, tombant sur un îlot réfléchissant, est dévié vers un photodétecteur, qui l'interprète comme binaire. Le faisceau laser entrant dans la cavité est diffusé et absorbé : le photodétecteur enregistre un zéro binaire. Le taux de transfert de données du lecteur est déterminé par la vitesse de rotation du disque. Il est généralement indiqué en comparaison avec le standard Audio CD, pour lequel la vitesse de lecture des données est d'environ 150 Ko/s. Ceux. CDx2 signifie que la vitesse d'échange de données avec un tel disque est deux fois supérieure à 150 Ko/s. Vitesse maximum La vitesse de rotation du CD dépasse la vitesse de lecture du CD audio de 52 fois. 52x150 Ko/s=7800 Ko/s. Actuellement, les lecteurs capables d'écrire une fois (CD-R) et de réécrire (CD-RW) des informations sont devenus accessibles au grand public.

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Périphériques inclus dans l'unité système 1.10. Lecteurs de DVD DVD(Digital Versatile Disc, disque numérique polyvalent ou universel) sont des disques optiques de grande capacité utilisés pour stocker des films complets, de la musique Haute qualité, logiciels d'ordinateur. Il existe plusieurs options de DVD dont la capacité diffère : simple face et double face, simple couche et double couche. Les DVD simple face et simple couche ont une capacité de 4,7 Go d'informations, double couche - 8,5 Go ; ceux à double face simple couche contiennent 9,4 Go, ceux à double couche - 17 Go. Faisceau laser en mode normal Lecteur CD ROM a une longueur d'onde de 780 nm et dans les appareils DVD - de 635 nm à 650 nm, grâce à laquelle la densité Enregistrement de DVD significativement plus élevés. En plus de lire les données d'un DVD à une vitesse d'environ 1,2 Mo/s, Lecteurs de DVD capable de lire des CD-ROM ordinaires à des vitesses approximativement équivalentes à celles des lecteurs de CD-ROM à 8 à 10 vitesses.

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Les ordinateurs personnels étant désormais largement utilisés, nous examinerons en détail leur organisation fonctionnelle et structurelle.

Blocs PC de base et leur objectif

Schéma structurel ordinateur personnel montré sur la fig. 3.13.

Riz. 3.13. Schéma fonctionnel du PC

Microprocesseur

Microprocesseur ( MP) est un périphérique PC central conçu pour contrôler le fonctionnement de tous les blocs de la machine et pour effectuer des opérations arithmétiques et logiques sur les informations.

Un microprocesseur se compose de plusieurs composants.

Dispositif de contrôle (CU) : génère et fournit à tous les blocs de la machine aux bons moments certains signaux de commande (impulsions de commande), déterminés par les spécificités de l'opération en cours et les résultats des opérations précédentes ; génère des adresses de cellules mémoire utilisées par l'opération en cours et transmet ces adresses aux blocs correspondants de l'ordinateur ; Le dispositif de commande reçoit une séquence de référence d'impulsions provenant du générateur d'impulsions d'horloge.

Unité arithmétique-logique (ALU) : conçue pour effectuer toutes les opérations arithmétiques et logiques sur des informations numériques et symboliques (dans certains modèles de PC, un coprocesseur mathématique supplémentaire est connecté à l'ALU pour accélérer l'exécution des opérations ).

Mémoire du microprocesseur (MPM) : conçue pour le stockage, l'enregistrement et la sortie à court terme d'informations directement utilisées dans les prochains cycles de fonctionnement de la machine ; MPP est construit sur des registres pour assurer une vitesse élevée de la machine, car la mémoire principale (RAM) ne fournit pas toujours la vitesse d'écriture, de recherche et de lecture des informations nécessaires au fonctionnement efficace d'un microprocesseur à grande vitesse. Les registres sont des cellules mémoire à grande vitesse de différentes longueurs (contrairement aux cellules OP, qui ont une longueur standard de 1 octet et une vitesse inférieure).

Le système d'interface du microprocesseur est conçu pour le couplage et la communication avec d'autres appareils PC ; comprend une interface MP interne, des registres de stockage tampon et des circuits de contrôle pour les ports d'entrée/sortie (E/S) et le bus système.

Ainsi, une interface est un ensemble de moyens permettant d'appairer et de connecter des appareils informatiques, assurant leur interaction efficace.

Port E/S - éléments de l'interface du système PC à travers lesquels le MP échange des informations avec d'autres appareils.

Le générateur d'impulsions d'horloge génère une séquence d'impulsions électriques dont la fréquence détermine la fréquence d'horloge du microprocesseur. L'intervalle de temps entre des impulsions adjacentes détermine la durée d'un cycle ou, simplement, le cycle de la machine. La fréquence du générateur d'impulsions d'horloge est l'une des principales caractéristiques d'un ordinateur personnel et détermine en grande partie la vitesse de son fonctionnement, puisque chaque opération dans un ordinateur est effectuée dans un certain nombre de cycles d'horloge.

Bus système

Le bus système est le principal système d'interface d'un ordinateur, assurant l'interfaçage et la communication de tous ses appareils entre eux. Le bus système comprend :

bus de données de code (CDB), contenant des fils et des circuits d'interface pour la transmission parallèle de tous les bits du code numérique (mot machine) de l'opérande ;

bus de code d'adresse (ACBA), contenant des fils et des circuits d'interface pour la transmission parallèle de tous les bits du code d'adresse d'une cellule de mémoire principale ou d'un port d'entrée/sortie d'un périphérique externe ;

bus d'instructions codées (IBC), contenant des fils et des circuits d'interface pour transmettre des instructions (signaux de commande, impulsions) à tous les blocs de la machine ;

bus d'alimentation contenant des fils et des circuits d'interface pour connecter les unités PC au système d'alimentation.

Le bus système fournit trois directions de transfert d'informations :

entre le microprocesseur et la mémoire principale ;

entre le microprocesseur et les ports d'entrée/sortie des appareils externes ;

entre la mémoire principale et les ports E/S des périphériques externes (en mode d'accès direct à la mémoire).

Tous les blocs, ou plutôt leurs ports d'E/S, sont connectés au bus de la même manière via les connecteurs unifiés (joints) correspondants : directement ou via des contrôleurs (adaptateurs). Le bus système est contrôlé par le microprocesseur soit directement, soit, le plus souvent, via une puce de contrôleur supplémentaire pneus, formant les principaux signaux de commande. L'échange d'informations entre les appareils externes et le bus système s'effectue à l'aide de codes ASCII.

Mémoire principale

La mémoire principale (RAM) est conçue pour stocker et échanger rapidement des informations avec d'autres unités de la machine. L'OP contient deux types de périphériques de stockage : la mémoire morte (ROM) et la mémoire vive (RAM).

La ROM (ROM - Read Only Memory) est conçue pour stocker un programme immuable (permanent) et Informations de référence; vous permet de lire rapidement uniquement les informations qui y sont stockées (vous ne pouvez pas modifier les informations dans la ROM) ;

La RAM (RAM - Random Access Memory) est conçue pour l'enregistrement, le stockage et la lecture en ligne d'informations (programmes et données) directement impliquées dans le processus d'information et de calcul effectué par le PC au cours de la période de temps en cours.

Les principaux avantages de la RAM sont ses hautes performances et la possibilité d'accéder à chaque cellule mémoire séparément (accès direct à l'adresse de la cellule). Comme inconvénient de la RAM, il convient de noter qu'il est impossible d'y enregistrer des informations après avoir coupé l'alimentation de la machine (dépendance à la volatilité).

En plus de la mémoire principale, la carte mère du PC dispose également d'une mémoire non volatile. CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM), alimentée en permanence par sa batterie ; il stocke des informations sur la configuration matérielle du PC (sur tout le matériel présent dans l'ordinateur), qui est vérifiée à chaque mise sous tension du système.

Mémoire externe

La mémoire externe fait référence aux périphériques PC externes et est utilisée pour le stockage à long terme de toute information pouvant être nécessaire pour résoudre des problèmes. En particulier, tous les logiciels informatiques sont stockés dans une mémoire externe. La mémoire externe est représentée par différents types de périphériques de stockage, mais les plus courants d'entre eux, disponibles sur presque tous les ordinateurs, sont les disques durs illustrés dans le schéma fonctionnel. (disque dur) et disques magnétiques flexibles (FLMD).

Le but de ces lecteurs est de stocker de grandes quantités d'informations, d'enregistrer et de transmettre des informations sur demande à un dispositif de mémoire vive. Les disques durs et les disques plats diffèrent par leur conception, le volume d'informations stockées et le temps nécessaire à leur recherche, leur écriture et leur lecture. Les lecteurs de disques optiques (CD ROM - Compact Disk Read Only Memory) et, moins souvent, les périphériques de stockage sur bande magnétique (NCML, streamers) sont également souvent utilisés comme périphériques de mémoire externes.

Source de courant

Alimentation - une unité contenant des systèmes d'alimentation autonomes et réseau pour un PC.

Minuteur

Minuterie - dans la machine Montre numérique en temps réel, assurant, si nécessaire, l'enregistrement automatique de l'instant présent (année, mois, heures, minutes, secondes et fractions de secondes). La minuterie est connectée à une source d'alimentation autonome - une batterie, et continue de fonctionner lorsque la machine est déconnectée de l'alimentation électrique.

Appareils externes

Les périphériques externes (ED) d'un PC constituent l'élément le plus important de tout complexe informatique ; il suffit de dire que le coût des périphériques externes représente jusqu'à 80 à 85 % du coût de l'ensemble du PC.

Les ordinateurs PC assurent l'interaction de la machine avec l'environnement : utilisateurs, objets de contrôle et autres ordinateurs.

Les appareils externes incluent :

périphériques de stockage externes (VRAM) ou mémoire externe ordinateur ;

outils de dialogue utilisateur ;

dispositifs de saisie d'informations;

dispositifs de sortie d'informations;

moyens de communication et de télécommunications.

Les outils de dialogue utilisateur incluent :

moniteur vidéo (terminal vidéo, afficheur ) - un dispositif d'affichage des informations entrées et sorties d'un PC ;

les dispositifs d'entrée-sortie vocale développent rapidement des outils multimédias. Ce sont des microphones différents Systèmes acoustiques, des « souris sonores » dotées d'un logiciel sophistiqué qui leur permet de reconnaître les lettres et les mots prononcés par les humains, de les identifier et de les encoder ; synthétiseurs sonores qui convertissent les codes numériques en lettres et mots, reproduits via des haut-parleurs (haut-parleurs) ou des haut-parleurs connectés à un ordinateur.

Les périphériques de saisie d'informations comprennent :

clavier - un dispositif pour saisir manuellement des informations numériques, textuelles et de contrôle dans un PC ;

tablettes graphiques(numériseurs) - dispositifs de saisie manuelle informations graphiques, des images en déplaçant un pointeur spécial (stylo) sur la tablette ; lorsque vous déplacez le stylet, les coordonnées de son emplacement sont automatiquement lues et ces coordonnées sont saisies dans le PC ;

scanners (machines de lecture) - équipements permettant de lire automatiquement des supports papier et film et de saisir des textes dactylographiés, des graphiques, des images, des dessins dans un PC ;

dispositifs de désignation de cible (manipulateurs graphiques), conçus pour saisir des informations graphiques sur l'écran d'affichage en contrôlant le mouvement du curseur sur l'écran, suivi du codage des coordonnées du curseur et de leur saisie dans le PC (joystick - levier, souris, trackball - balle dans un cadre, un stylo lumineux, etc.) d.);

écrans tactiles- pour la saisie éléments individuels images, programmes ou commandes à partir de l’écran d’affichage du PC.

Les périphériques de sortie d'informations comprennent :

imprimantes - dispositifs d'impression pour l'enregistrement d'informations sur support papier ou film;

traceurs (traceurs) - dispositifs permettant de sortir des informations graphiques (graphiques, dessins, dessins) d'un PC sur papier.

Les appareils de communication et de télécommunications sont utilisés pour communiquer avec des appareils et autres équipements d'automatisation (adaptateurs d'interface, adaptateurs, convertisseurs numérique-analogique et analogique-numérique, etc.) et pour connecter des PC à des canaux de communication, à d'autres ordinateurs et réseaux informatiques. (cartes et cartes d'interface réseau - adaptateurs réseau, "joints", multiplexeurs de transmission de données, modems - modulateurs/démodulateurs).

En particulier, montré sur la Fig. L'adaptateur réseau 4.1 fait référence à l'interface externe d'un PC et est utilisé pour le connecter à un canal de communication dans le but d'échanger des informations avec d'autres ordinateurs lorsque vous travaillez dans le cadre de réseau informatique. Comme Adaptateur de réseau Le plus souvent, un modem est utilisé.

De nombreux appareils mentionnés ci-dessus appartiennent à un groupe d'outils multimédias désigné sous certaines conditions.

Le multimédia (multimédia, multimédia) est un complexe de matériel et logiciel, permettant à une personne de communiquer avec un ordinateur en utilisant une variété d'environnements naturels : son, vidéo, graphiques, textes, animations, etc. Le multimédia comprend les périphériques d'entrée vocale et les périphériques de sortie vocale ; microphones et caméras vidéo, systèmes de lecture acoustique et vidéo avec amplificateurs, haut-parleurs, grands écrans vidéo ; adaptateurs audio et vidéo, cartes de capture vidéo qui capturent des images à partir d'un magnétoscope ou d'une caméra vidéo et les transmettent à un ordinateur ; des scanners déjà répandus qui permettent de saisir automatiquement des textes et des dessins imprimés dans un ordinateur ; enfin, des périphériques de stockage externes de grande capacité sur disques optiques, souvent utilisés pour enregistrer des informations audio et vidéo.

Examinons la conception d'un ordinateur en utilisant l'exemple du système informatique le plus courant - un ordinateur personnel. Un ordinateur personnel (PC) est appelé un ordinateur relativement peu coûteux micro-ordinateur universel, conçu pour un seul utilisateur. Les ordinateurs personnels sont généralement conçus sur la base du principe de l’architecture ouverte.

Le principe de l'architecture ouverte est le suivant :

· Seule la description du principe de fonctionnement d'un ordinateur et sa configuration (un certain ensemble de matériel et les connexions entre eux) sont réglementées et standardisées. Ainsi, l'ordinateur peut être assemblé à partir de composants et de pièces individuels conçus et fabriqués par des fabricants indépendants.

· L'ordinateur est facilement étendu et mis à niveau grâce à la présence de connecteurs d'extension internes dans lesquels l'utilisateur peut insérer une variété de périphériques répondant à une norme donnée et ainsi configurer la machine selon ses préférences personnelles.

Un schéma fonctionnel simplifié montrant les principaux composants fonctionnels d'un système informatique dans leurs relations (Figure 8.6).

Figure 9.6 – Structure générale d'un ordinateur personnel avec des périphériques connectés

Figure 9.7 – Schéma fonctionnel d'un ordinateur personnel

Analysons l'objectif fonctionnel des principaux composants.

Microprocesseur (député). Il s'agit de l'unité centrale du PC, conçue pour contrôler le fonctionnement de tous les blocs de la machine et pour effectuer des opérations arithmétiques et logiques sur les informations.

Le microprocesseur comprend :

· dispositif de contrôle(CU) - génère et fournit certains signaux de commande (impulsions de commande) à tous les blocs de la machine aux bons moments ; le dispositif de commande reçoit une séquence de référence d'impulsions provenant du générateur d'impulsions d'horloge ;

· Unité arithmétique et logique(ALU) - conçu pour effectuer toutes les opérations arithmétiques et logiques sur des informations numériques et symboliques (dans certains modèles de PC, un coprocesseur mathématique supplémentaire est connecté à l'ALU pour accélérer l'exécution des opérations) ;

· mémoire du microprocesseur(MPP) - sert au stockage, à l'enregistrement et à la sortie à court terme d'informations directement utilisées dans les calculs lors des prochains cycles de fonctionnement de la machine. (Le MPP est construit sur des registres et est utilisé pour assurer une vitesse élevée de la machine, car la mémoire principale (RAM) ne fournit pas toujours la vitesse d'écriture, de recherche et de lecture des informations nécessaires au fonctionnement efficace d'un microprocesseur à grande vitesse. )

système d'interface à microprocesseur- met en œuvre le couplage et la communication avec d'autres appareils PC ; comprend une interface MP interne, des registres de stockage tampon et des circuits de contrôle pour les ports d'entrée/sortie (E/S) et le bus système. Interface est un moyen de coupler deux appareils dans lesquels tous les paramètres physiques et logiques sont cohérents les uns avec les autres. Si l'interface est généralement acceptée, par exemple approuvée au niveau des accords internationaux, elle est alors appelée standard.

Générateur d'horloge . Génère une séquence d'impulsions électriques ; la fréquence des impulsions générées détermine la fréquence d'horloge de la machine, qui est l'une des principales caractéristiques d'un ordinateur personnel, et détermine en grande partie la vitesse de son fonctionnement, car chaque opération dans la machine est effectuée dans un certain nombre de cycles d'horloge :

Bus système . Il s’agit du principal système d’interface d’un ordinateur, assurant l’appairage et la communication de tous ses appareils entre eux. Le bus système comprend :

1. bus de données de code (CDB) ;

2. bus de code d'adresse (ACBA);

3. bus d'instructions de code (IBC) ;

4. bus d'alimentation

Le bus système fournit trois directions de transfert d'informations :

entre le microprocesseur et la mémoire principale ;

· entre le microprocesseur et les ports d'entrée/sortie des appareils externes ;

· entre la mémoire principale et les ports E/S des appareils externes (en mode d'accès direct à la mémoire).

Mémoire principale (OP). Il est conçu pour stocker et échanger rapidement des informations avec d'autres unités de la machine. L'OP contient deux types de périphériques de stockage : la mémoire morte (ROM) et la mémoire vive (RAM).

ROM sert à stocker des informations de programme et de référence immuables (permanentes), et vous permet de lire rapidement uniquement les informations qui y sont stockées (les informations dans la ROM ne peuvent pas être modifiées).

RAM conçu pour l'enregistrement, le stockage et la lecture en ligne d'informations (programmes et données) directement impliquées dans le processus d'information et de calcul effectué par un PC au cours de la période de temps actuelle.

Mémoire externe . Il fait référence aux périphériques PC externes et est utilisé pour le stockage à long terme de toute information. En particulier, tous les logiciels informatiques sont stockés dans une mémoire externe. La mémoire externe contient différents types de périphériques de stockage, les plus courants étant les lecteurs de disque dur (HDD) et les lecteurs de disquettes (FLMD).

Le but de ces disques est de stocker de grandes quantités d'informations

Source de courant . Il s'agit d'un bloc contenant des systèmes d'alimentation autonomes et réseau pour un PC.

Minuteur . Il s'agit d'une horloge électronique intégrée à la machine qui permet, si nécessaire, un enregistrement automatique de l'instant présent (année, mois, heures, minutes, secondes et fractions de secondes). La minuterie est connectée à une source d'alimentation autonome - une batterie et continue de fonctionner lorsque la machine est déconnectée du réseau.

Appareils externes (VU). Par objectif, on peut distinguer les types d'appareils suivants :

· Périphériques de stockage externes (SSD) ou mémoire PC externe ;

· outils de dialogue utilisateur ;

· dispositifs de saisie d'informations ;

· dispositifs de sortie d'informations ;

· moyens de communication et de télécommunications.

Les outils interactifs de l'utilisateur comprennent des moniteurs vidéo (écrans), moins souvent des machines à écrire télécommandées (imprimantes avec claviers) et des dispositifs d'entrée-sortie vocaux.

Les périphériques de saisie d'informations comprennent :

· clavier

· tablettes graphiques (numériseurs) - pour saisir manuellement des informations graphiques et des images en déplaçant un pointeur spécial (stylo) sur la tablette ; lorsque vous déplacez le stylet, les coordonnées de son emplacement sont automatiquement lues et ces coordonnées sont saisies dans le PC ;

· scanners ;

· manipulateurs (dispositifs de pointage) : joystick - levier, souris, trackball - balle dans un cadre, stylo lumineux, etc. - pour saisir des informations graphiques sur l'écran d'affichage en contrôlant le mouvement du curseur sur l'écran, suivi d'un codage du curseur coordonnées et leur saisie dans le PC ;

· écrans tactiles - pour saisir des éléments d'image individuels, des programmes ou des commandes depuis un écran partagé vers un PC.

Les périphériques de sortie d'informations comprennent :

· imprimantes

traceurs (traceurs)

Pour coordonner les interfaces, les périphériques sont connectés au bus non pas directement, mais via leurs contrôleurs (adaptateurs) et ports selon approximativement ce schéma (Figure 8.8).

Figure 9.8 – Schéma de connexion des périphériques

Contrôleurs et adaptateurs sont des ensembles de circuits électroniques fournis aux appareils informatiques à des fins de compatibilité de leurs interfaces. Les contrôleurs contrôlent en outre directement les périphériques à la demande du microprocesseur.

Ports les appareils sont certains circuits électroniques contenant un ou plusieurs registres d'entrée/sortie et permettant de connecter des périphériques informatiques à des bus externes du microprocesseur. Les ports sont également appelés périphériques d'interface standard : ports (ou interfaces) série, parallèle et de jeu.

Port série échange des données avec le processeur octet par octet et avec des périphériques externes - bit par bit. Port parallèle reçoit et envoie des données octet par octet. Le port série est généralement utilisé pour connecter des appareils lents ou assez distants, tels qu'une souris et un modem. Des appareils plus rapides tels qu'une imprimante et un scanner sont connectés au port parallèle. Un joystick est connecté via le port de jeu. Le clavier et le moniteur sont connectés à leurs propres ports spécialisés, qui sont de simples connecteurs.

Régimes supplémentaires . Outre les périphériques externes standard, certaines cartes supplémentaires avec circuits intégrés, en élargissant et en améliorant Fonctionnalité microprocesseur : coprocesseur mathématique, contrôleur d'accès direct à la mémoire, coprocesseur d'entrée/sortie, contrôleur d'interruption, etc.

3. Conférence. Architecture des ordinateurs modernes hautes performances. Structure fonctionnelle d'un ordinateur. Concepts de fonctionnement de base. Logiciel. Bases de l'algorithmique.

1. Dispositif d'entrée
2. Bloc mémoire
3. Unité arithmétique et logique
4. Bloc de sortie
5. Bloc de contrôle
Concepts de fonctionnement de base
Structure des autobus
Logiciel
1. Étapes de préparation et de résolution de problèmes sur un ordinateur
2. Algorithmes et méthodes pour les décrire

Structure fonctionnelle d'un ordinateur

Comme il ressort de la Fig. 3.1, l'ordinateur se compose de cinq parties principales fonctionnellement indépendantes :

Dispositif d'entrée,

dispositif de mémoire,

Unité arithmétique et logique,

Périphérique de sortie et

Dispositif de contrôle.

Le périphérique d'entrée reçoit des informations codées via des lignes de communication numériques provenant d'opérateurs, de dispositifs électromécaniques tels que des claviers ou d'autres ordinateurs du réseau. Les informations obtenues sont soit stockées dans la mémoire de l'ordinateur pour une utilisation ultérieure, soit immédiatement utilisées par des circuits arithmétiques et logiques pour effectuer les opérations nécessaires. La séquence des étapes de traitement est déterminée par le programme stocké en mémoire. Les résultats obtenus sont renvoyés vers le monde extérieur via un périphérique de sortie. Toutes ces actions sont coordonnées par l'unité de contrôle. En figue. 3.1. les connexions entre les appareils fonctionnels ne sont intentionnellement pas représentées. Cela s'explique par le fait que de telles connexions peuvent être mises en œuvre de différentes manières. Comment exactement, vous comprendrez un peu plus tard. Arithmétique et logique avec les circuits de commande principaux, on l'appelle un processeur, et l'ensemble des équipements d'entrée et de sortie pris ensemble est souvent appelé une unité d'entrée-sortie.

Passons maintenant aux informations traitées par ordinateur. Il est pratique de le diviser en deux catégories principales : les commandes et les données. Les commandes, ou instructions machine, sont des instructions explicitement données qui :

Ils contrôlent le transfert d'informations au sein de l'ordinateur, ainsi qu'entre l'ordinateur et ses périphériques d'entrée/sortie ;

Déterminer les opérations arithmétiques et logiques à effectuer.

Une liste de commandes qui effectuent une tâche est appelée un programme. Généralement, les programmes sont stockés en mémoire. Le processeur récupère à tour de rôle les instructions du programme de la mémoire et met en œuvre les opérations qu’elles définissent. L'ordinateur est entièrement contrôlé par un programme stocké , à l'exclusion de la possibilité d'intervention externe de l'opérateur et des dispositifs d'entrée/sortie connectés à la machine.

Les données sont des nombres et des caractères codés utilisés comme opérandes d'instructions. Cependant, le terme « données » est souvent utilisé pour désigner toute information numérique. Selon cette définition, le programme lui-même (c'est-à-dire la liste d'instructions) peut également être considéré comme une donnée s'il est traité par un autre programme. Un exemple de traitement par un programme par un autre est la compilation d'un programme source écrit dans un langage de haut niveau en une liste d'instructions machine qui constituent un programme en langage machine appelé programme objet. Le programme source est entré dans le compilateur, qui le traduit en un programme en langage machine.

Riz. 3.1. Basique appareils fonctionnels ordinateur

Les informations destinées à être traitées par un ordinateur doivent être codées pour être dans un format adapté à l'ordinateur. Le matériel moderne est principalement basé sur circuits numériques, qui n'ont que deux états stables, ON et OFF (voir leçon 2). L'encodage convertit n'importe quel nombre, symbole ou instruction en une chaîne de chiffres binaires appelés bits, dont chacun a l'une des deux valeurs possibles : 0 ou 1. Pour représenter les nombres (comme vous le verrez au chapitre 4), la notation binaire positionnelle est couramment utilisé. Parfois, le format décimal codé binaire (BCD) est utilisé, dans lequel chaque chiffre décimal est codé séparément à l'aide de quatre bits.

Les lettres et les chiffres sont également représentés à l'aide de codes binaires. Plusieurs schémas de codage différents ont été développés pour eux. Les schémas les plus courants sont l'ASCII (American Standard Code for Information Interchange). code standard pour l'échange d'informations), où chaque caractère est représenté par un code à 7 bits, et EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), qui utilise 8 bits pour coder un caractère.

3.1.1. Dispositif d'entrée

L'ordinateur reçoit des informations codées via un périphérique d'entrée dont le rôle est de lire les données. Le périphérique de saisie le plus courant est le clavier. Lorsque l'utilisateur appuie sur une touche, la lettre ou le chiffre correspondant est automatiquement converti en un code binaire spécifique et envoyé par câble à la mémoire ou au processeur.

Il existe un certain nombre d'autres périphériques d'entrée, notamment des joysticks, des trackballs et des souris. Ils sont utilisés conjointement avec l'écran comme périphériques d'entrée graphique. Les microphones peuvent être utilisés pour transmettre le son. Les vibrations sonores qu'ils perçoivent sont mesurées et converties en codes numériques pour stockage et traitement.

3.1.2. Bloc mémoire

Le but du bloc mémoire est de stocker des programmes et des données. Il existe deux classes de périphériques de stockage, à savoir primaires et secondaires. Le stockage principal est une mémoire dont les performances sont déterminées par la vitesse de fonctionnement circuits électroniques. Pendant l'exécution du programme, il doit être stocké dans la mémoire principale. Cette mémoire est constituée d'un grand nombre de cellules semi-conductrices, chacune pouvant stocker un bit d'information. Les cellules sont rarement lues individuellement ; elles sont généralement traitées en groupes de taille fixe appelés mots. La mémoire est organisée de manière à ce que le contenu d'un seul mot contenant n bits puisse être écrit ou lu en une seule opération de base.

Pour faciliter l'accès aux mots en mémoire, une adresse distincte est associée à chaque mot. Les adresses sont des nombres qui identifient des emplacements spécifiques de mots en mémoire. Afin de lire un mot de la mémoire ou de l'écrire dans un mot, vous devez spécifier son adresse et spécifier une commande de contrôle qui lancera l'opération correspondante.

Le nombre de bits dans chaque mot est souvent appelé longueur du mot machine. Généralement, un mot comporte entre 16 et 64 bits. L'un des facteurs caractérisant la classe d'un ordinateur est sa capacité de mémoire. Les petites machines ne peuvent généralement stocker que quelques dizaines de millions de mots, tandis que les machines de taille moyenne et grande peuvent généralement stocker des centaines de millions, voire des milliards de mots. Les unités typiques pour mesurer la quantité de données qu'une machine peut traiter sont un mot, plusieurs mots ou une partie d'un mot. Généralement, un seul mot est lu ou écrit lors d'un seul accès mémoire.

Le programme doit rester en mémoire pendant l'exécution. Les instructions et les données doivent être écrites et lues dans la mémoire sous le contrôle du processeur. La possibilité d'accéder extrêmement rapidement à n'importe quel mot de la mémoire est extrêmement importante. La mémoire, dont n'importe quel point est accessible dans un temps court et fixe, est appelée mémoire vive (Random-Access Memory, RAM). Le temps nécessaire pour accéder à un mot est appelé temps d'accès à la mémoire. Ce temps est toujours le même, peu importe où se trouve le mot recherché. Temps d'accès à la mémoire dans les temps modernes Périphériques RAM varie de quelques nanosecondes à 100. La mémoire de l'ordinateur est généralement une structure hiérarchique composée de trois ou quatre niveaux d'éléments RAM semi-conducteurs avec des vitesses et des tailles différentes. Le type de mémoire RAM le plus rapide est la mémoire cache (ou simplement le cache). Il est directement connecté au processeur et est souvent situé sur la même puce intégrée, ce qui rend le processeur beaucoup plus rapide. La mémoire dont la capacité est plus grande mais plus lente est appelée mémoire principale. Plus loin dans cette conférence, le processus d'accès aux informations en mémoire est décrit plus en détail, et plus tard nous examinerons en détail les principes de son fonctionnement et ses problèmes de performances.

Les périphériques de stockage primaires sont des composants extrêmement importants pour un ordinateur, mais ils sont assez coûteux. Par conséquent, les ordinateurs sont équipés de périphériques de stockage secondaires supplémentaires et moins chers, utilisés pour stocker de grandes quantités de données et un grand nombre de programmes. Actuellement, il existe de nombreux appareils de ce type. Mais le plus répandu disques magnétiques, bandes magnétiques et disques optiques (CD-ROM).

3.1.3. Unité arithmétique et logique

La plupart des opérations informatiques sont effectuées dans l'unité arithmétique et logique (ALU) du processeur. Regardons un exemple typique. Supposons que nous devions ajouter deux nombres en mémoire. Ces numéros sont envoyés au processeur, où l'ALU effectue leur addition. Le montant obtenu peut être stocké en mémoire ou laissé dans le processeur pour une utilisation immédiate.

Toute autre opération arithmétique ou logique, y compris la multiplication, la division et la comparaison de nombres, commence par envoyer ces nombres au processeur, où l'ALU doit effectuer l'opération correspondante. Lorsque les opérandes sont transférés au processeur, ils sont stockés dans des éléments de mémoire à grande vitesse appelés registres. Chaque registre peut stocker un mot de données. Le temps d'accès aux registres du processeur est encore inférieur au temps d'accès à la mémoire cache la plus rapide.

Les dispositifs logiques de contrôle et arithmétiques fonctionnent plusieurs fois plus rapidement que tous les autres appareils connectés au système informatique. Cela permet à un seul processeur de contrôler de nombreux appareils externes tels que des claviers, des écrans, des disques magnétiques et optiques, des capteurs et des commandes mécaniques.

3.1.4. Bloc de sortie

La fonction du bloc de sortie est opposée à celle du bloc d'entrée : il envoie les résultats du traitement vers le monde dit extérieur. Un exemple typique de périphérique de sortie est une imprimante. Pour imprimer, les imprimeurs utilisent des mécanismes d'impact, des têtes à jet d'encre ou des technologies de photocopie, telles que imprimantes laser. Certaines imprimantes peuvent imprimer jusqu'à 10 000 lignes par minute. C'est une vitesse énorme pour un appareil mécanique, mais comparée à la vitesse du processeur, elle est négligeable.

Certains appareils, et notamment les écrans graphiques, remplissent à la fois des fonctions de sortie et d'entrée. C'est pourquoi on les appelle périphériques d'entrée/sortie.

3.1.5. Bloc de contrôle

Les dispositifs de mémoire, d'arithmétique et de logique, d'entrée et de sortie stockent et traitent les informations, et effectuent également des opérations d'entrée et de sortie. Le fonctionnement de ces appareils doit être coordonné d’une manière ou d’une autre. C'est exactement ce que fait l'unité de contrôle. C'est, pour ainsi dire, le centre névralgique de l'ordinateur, transmettant les signaux de commande à d'autres appareils et surveillant leur état.

Les opérations d'E/S sont contrôlées par des commandes de programme qui identifient les périphériques d'E/S correspondants et les données en cours de transfert. Cependant, les signaux de synchronisation réels qui contrôlent le transfert sont générés par les circuits de commande. Les signaux de synchronisation sont des signaux qui déterminent le moment où une action donnée doit être effectuée. De plus, les données sont transférées entre le processeur et la mémoire via des signaux de synchronisation générés par l'unité de contrôle. L'unité de commande peut être considérée comme un dispositif distinct qui interagit avec d'autres parties de la machine. Mais dans la pratique, cela arrive rarement. La plupart des circuits de contrôle sont physiquement répartis à différents endroits de l'ordinateur. Les signaux utilisés pour synchroniser les événements et les actions de tous les appareils sont transmis sur plusieurs lignes de contrôle (fils). De manière générale, le fonctionnement d’un ordinateur peut être décrit comme suit :

L'ordinateur, à l'aide d'une unité d'entrée, reçoit des informations sous forme de programmes et de données et les écrit en mémoire.
Les informations stockées en mémoire, sous contrôle du programme, sont envoyées à l'unité arithmétique-logique pour un traitement ultérieur.
Les données obtenues à la suite du traitement de l'information sont envoyées aux périphériques de sortie.
L'unité de contrôle est responsable de toutes les actions effectuées à l'intérieur de la machine.

3.2. Concepts de fonctionnement de base

Comme indiqué à la section 3.1, les instructions contrôlent ce que fait un ordinateur. Pour effectuer une tâche spécifique, un programme correspondant composé de nombreuses commandes est écrit en mémoire. Les commandes sont envoyées une à une depuis la mémoire vers le processeur, qui les exécute. Les données utilisées comme opérandes d'instruction sont également stockées en mémoire. Voici un exemple de commande typique :

Cette instruction ajoute l'opérande stocké en mémoire à l'adresse LOCA avec l'opérande stocké dans le registre R0 du processeur et place le résultat dans le même registre. Le contenu original de la mémoire à l'adresse LOCA n'est pas modifié, mais le contenu du registre R0 est écrasé. Cette commande est exécutée en plusieurs étapes. Tout d’abord, il est envoyé de la mémoire au processeur. L'opérande d'instruction est ensuite lu dans la mémoire à l'adresse LOCA et ajouté au contenu du registre R0, après quoi la somme résultante est écrite dans le registre R0.

La commande Add décrite ici combine deux opérations : un accès mémoire et une opération ALU. Dans de nombreux ordinateurs modernes ces deux types d'opérations sont effectués à l'aide de commandes distinctes. Cette division est basée sur des considérations de performances, dont nous discuterons ci-dessous. La commande ci-dessus peut également être implémentée sous forme de deux commandes :

1) Charger R3,LOCA pour l'architecture Intel (IA-32) : mov bx,loca

Ajouter R0, R3 ajouter hache, bx

La première de ces instructions copie le contenu de la mémoire à l'adresse LOCA dans le registre du processeur R1, et la seconde instruction ajoute le contenu des registres R1 et R0 et place la somme dans le registre R0. Notez qu'à la suite de l'exécution des deux instructions, le contenu original des deux registres est détruit, mais le contenu de la mémoire à l'adresse LOCA est préservé.

Le transfert de données entre la mémoire et le processeur commence par l'envoi de l'adresse du mot auquel accéder au dispositif de mémoire et par l'émission des signaux de commande appropriés. Les données sont ensuite transférées vers ou depuis la mémoire.

En figue. La figure 3.2 montre comment la mémoire et le processeur sont connectés les uns aux autres. De plus, la figure illustre plusieurs fonctionnalités importantes du processeur dont nous n'avons pas encore parlé. Il ne montre pas les connexions réelles de ces composants, puisque nous discutons pour l’instant uniquement de leurs caractéristiques fonctionnelles. La connexion des composants est décrite plus en détail dans la section 8 lors de l'examen de la conception du processeur.

En plus de l'ALU et des circuits de contrôle, le processeur contient de nombreux registres destinés à différents usages. Le registre d'instructions (IR) contient le code de l'instruction en cours d'exécution. Son résultat est disponible pour les circuits de contrôle, qui génèrent des signaux pour contrôler les différents éléments impliqués dans l'exécution de la commande. Un autre registre spécialisé, appelé Program Counter (PC), est utilisé pour surveiller la progression de l'exécution du programme. Il contient l'adresse de la prochaine instruction à récupérer et à exécuter. Pendant l'exécution de la commande suivante, le contenu du registre PC est mis à jour - l'adresse de la commande suivante y est écrite. On dit que le registre PC pointe vers l’instruction à extraire de la mémoire. En plus des registres IR et PC de la Fig. La figure 3.2 montre n registres à usage général, de R0 à R„-i. La raison pour laquelle ils sont nécessaires est expliquée au chapitre 2.

Enfin, deux autres registres assurent l'interaction mémoire. Il s'agit du registre d'adresses (Memory Address Register, MAR) et du registre de données (Memory Data Register, MDR). Le registre MAR contient l'adresse à laquelle la mémoire est accédée, et le registre MDR contient les données qui doivent être écrites ou lues dans la mémoire à cette adresse.

Considérons un processus typique d'exécution d'un programme sur un ordinateur. Le programme est situé en mémoire, où il passe généralement par un périphérique d'entrée. Son exécution commence par l'écriture de l'adresse de la première instruction dans le registre PC. Le contenu de ce registre est transféré vers le registre MAR et le signal de commande Read est envoyé en mémoire. Lorsque le temps d'accès à la mémoire expire, le mot adressé (dans ce cas, la première instruction du programme) est lu dans la mémoire et chargé dans le registre MDR. Le contenu du registre MDR est ensuite transféré vers le registre IR. La commande est prête à être décodée et exécutée.

Si une instruction nécessite que l'ALU effectue une opération spécifique, des opérandes doivent être obtenus pour celle-ci. Un opérande situé en mémoire (il peut aussi être dans un registre généraliste) doit d'abord en être récupéré en envoyant son adresse au registre MAR et en initialisant la boucle de lecture. Après avoir été transféré de la mémoire vers le registre MDR, l'opérande sera envoyé à l'ALU. De la même manière, les opérandes restants requis par la commande y seront transférés, après quoi l'ALU pourra effectuer l'opération requise. Si le résultat doit être stocké en mémoire, il sera écrit dans le registre MDR. L'adresse où elle doit être écrite en mémoire sera alors placée dans le registre MAR, après quoi la boucle d'écriture sera lancée. À un moment donné au cours de l'exécution de l'instruction en cours, le contenu du registre PC est incrémenté et il commence à pointer vers l'instruction suivante à exécuter. En d’autres termes, dès que l’instruction en cours termine son exécution, l’instruction suivante peut être récupérée.

Riz. 3.2. Connexions entre processeur et mémoire

L'ordinateur transfère non seulement les données entre la mémoire et le processeur, mais les reçoit également des périphériques d'entrée et les envoie également aux périphériques de sortie. Par conséquent, parmi les instructions machine, il existe également des instructions permettant d'effectuer des opérations d'E/S.

S'il est nécessaire de réparer d'urgence un certain appareil (par exemple, lorsqu'un dispositif de surveillance dans un processus industriel automatisé détecte une situation dangereuse), l'exécution normale du programme peut être interrompue. Afin de réagir immédiatement à cette situation, l'ordinateur doit interrompre le programme en cours. À cet effet, l'appareil génère un signal d'interruption. Une interruption est une demande faite par un périphérique d'E/S pour lui fournir du temps processeur. Pour entretenir ce périphérique, le processeur exécute la routine d'interruption appropriée. Et comme son exécution peut modifier l'état interne du processeur, avant de traiter l'interruption, vous devez sauvegarder son état en mémoire. En règle générale, cette opération enregistre le contenu du registre PC, des registres à usage général et certaines informations de contrôle. Une fois le programme de traitement d'interruption terminé, l'état du processeur est restauré et le programme interrompu continue son travail. Le processeur avec tous ses éléments (Fig. 3.2) est généralement implémenté sous la forme d'une seule puce sur laquelle se trouve au moins un périphérique de mémoire cache. De telles puces sont appelées VLSI (VLSI est l'abréviation de Very Large Scale Integration, qui se traduit par intégration à très grande échelle).