Funkčná štruktúra počítača. Funkčno-štrukturálna organizácia osobného počítača. Počítač funguje ako systém spracovania údajov
Popis prezentácie na jednotlivých snímkach:
1 snímka
Popis snímky:
2 snímka
Popis snímky:
Interná pamäť je elektronické zariadenie, ktoré ukladá informácie a zároveň je napájané elektrickou energiou. Keď je počítač odpojený od siete, informácie z Náhodný vstup do pamäťe zmizne. Program je počas vykonávania uložený v vnútorná pamäť počítač. (Princíp von Neumanna - princíp uloženého programu). Externá pamäť sú rôzne magnetické médiá (pásky, disky), optické disky. Ukladanie informácií na nich nevyžaduje neustále napájanie. Na obrázku je znázornená schéma počítačového zariadenia, berúc do úvahy dva typy pamäte. Šípky označujú smer výmena informácií
3 snímka
Popis snímky:
1. Zariadenia zahrnuté systémový blok 1.1. Základná doska Základná doska zabezpečuje komunikáciu medzi všetkými počítačovými zariadeniami prenášaním signálu z jedného zariadenia do druhého. Na povrchu základná doska existuje veľké množstvo konektorov určených na inštaláciu iných zariadení: zásuvky - zásuvky pre procesory; sloty - sloty pre RAM a rozširujúce karty; radiče I/O portov. základná doska - vytlačená obvodová doska na ktorom je namontovaná väčšina komponentov počítačového systému. Názov pochádza z anglického motherboard, niekedy sa používa skratka MB alebo slovo mainboard – hlavná doska.
4 snímka
Popis snímky:
A - konektor (zásuvka) centrálneho procesora B - konektory pre pamäťové zariadenie s priamym prístupom C - konektory pre pripojenie grafickej karty, interného modemu atď. D - konektory pre pripojenie externých vstupno/výstupných zariadení 1. Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.1. Základná doska Vytvorte súlad medzi konektormi uvedenými na obrázku (zariadenia na prepínanie) a ich účelom:
5 snímka
Popis snímky:
Procesor má veľký chladič chladený ventilátorom (chladičom). Štrukturálne sa procesor skladá z buniek, v ktorých je možné dáta nielen ukladať, ale aj meniť. Vnútorné bunky procesora sa nazývajú registre. Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.2. Centrálna procesorová jednotka Centrálna procesorová jednotka alebo centrálna procesorová jednotka (CPU) (anglicky central processing unit - CPU) je hlavným mikroobvodom počítača, v ktorom sa vykonávajú všetky výpočty.
6 snímka
Popis snímky:
adresná zbernica. O procesory Intel Adresová zbernica Pentium (konkrétne sú dnes najbežnejšie v osobných počítačoch) je 32-bitová, to znamená, že pozostáva z 32 paralelných liniek. Dátová zbernica. Táto zbernica slúži na kopírovanie dát z RAM do registrov procesora a naopak. V počítačoch zostavených na základe procesorov Intel Pentium je dátová zbernica 64-bitová, to znamená, že pozostáva zo 64 riadkov, pozdĺž ktorých sa okamžite odošle 8 bajtov na spracovanie naraz. Príkazová zbernica. Aby procesor mohol spracovať dáta, potrebuje inštrukcie. Musí vedieť, čo robiť s tými bajtami, ktoré sú uložené v jeho registroch. Tieto príkazy prichádzajú do procesora tiež z RAM, ale nie z tých oblastí, kde sú uložené dátové polia, ale odkiaľ sú uložené programy. Príkazy sú tiež reprezentované ako bajty. Najjednoduchšie príkazy sa zmestia do jedného bajtu, existujú však aj také, ktoré vyžadujú dva, tri alebo viac bajtov. Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.2. Centrálny procesor So zvyškom počítačových zariadení a predovšetkým s RAM je procesor spojený niekoľkými skupinami vodičov nazývaných zbernice. Existujú tri hlavné zbernice: dátová zbernica, adresová zbernica a príkazová zbernica.
7 snímka
Popis snímky:
Prevádzkové napätie procesora zabezpečuje základná doska, preto rôznym základným doskám zodpovedajú rôzne značky procesorov (treba ich vyberať spoločne). Prvé modely procesorov mali prevádzkové napätie 5V a v súčasnosti je to menej ako 3V. Kapacita procesora udáva, koľko bitov dát dokáže prijať a spracovať vo svojich registroch naraz (za cyklus hodín). Prvé procesory boli 4-bitové. Procesor je založený na rovnakom princípe taktu ako v bežných hodinách. Vykonanie každého príkazu trvá určitý počet cyklov. V osobnom počítači sú hodinové impulzy nastavené jedným z mikroobvodov zahrnutých v súprave mikroprocesora (čipovej súprave) umiestnenej na základnej doske. Čím vyššia je frekvencia hodín prijímaných procesorom, tým viac príkazov môže vykonať za jednotku času, tým vyšší je výkon procesora. Výmena dát v rámci procesora je niekoľkonásobne rýchlejšia ako výmena s inými zariadeniami, napríklad RAM. Aby sa znížil počet prístupov k RAM, je vo vnútri procesora vytvorená vyrovnávacia oblasť – takzvaná cache pamäť. Je to ako „super rýchla pamäť“. Keď procesor potrebuje dáta, najskôr pristúpi k vyrovnávacej pamäti a až v prípade, že tam potrebné dáta nie sú, pristúpi k RAM Zariadenia, ktoré sú súčasťou systémovej jednotky 1.2. Centrálny procesor Hlavnými parametrami procesorov sú: prevádzkové napätie, bitová hĺbka, pracovná taktovacia frekvencia, interný násobič hodín a veľkosť cache.
8 snímka
Popis snímky:
Existujú dva typy pamäte RAM – pamäť s náhodným prístupom (RAM) a pamäť iba na čítanie (ROM). Pamäť s náhodným prístupom (RAM) sa používa na ukladanie programov, údajov a medzivýsledkov výpočtov počas prevádzky počítača. Údaje je možné vyberať z pamäte v ľubovoľnom poradí a nie striktne postupne, ako je to napríklad pri práci s magnetickou páskou. Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.3. Pamäť s náhodným prístupom Pamäť s náhodným prístupom (RAM - Random Access Memory). Pamäť iba na čítanie (ROM) sa používa na trvalé uloženie určitých programov, ako sú programy bootstrap Počítač - BIOS (základný vstupno-výstupný systém - základný systém I/O). Obsah tejto pamäte nie je možné zmeniť, keď je počítač spustený. RAM je nestála, t.j. dáta sa v nej ukladajú len do vypnutia PC.
9 snímka
Popis snímky:
Na rozdiel od "flexibilného" disku (diskety) sa informácie v jednotke pevného disku zaznamenávajú na tvrdé (hliníkové alebo sklenené) platne potiahnuté vrstvou feromagnetického materiálu. Čítacie hlavy v prevádzkovom režime sa nedotýkajú povrchu platní kvôli vrstve vzduchu, ktorá vzniká pri rýchlom otáčaní diskov. Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.4. HDD Pevný disk, pevný disk alebo pevný disk (angl. Hard Disk Drive, HDD) - energeticky nezávislé, prepisovateľné počítačové úložné zariadenie
10 snímka
Popis snímky:
Názov „winchester“ dostal pevný disk vďaka spoločnosti IBM, ktorá v roku 1973 uviedla na trh model 3340 pevný disk, ktorý po prvýkrát spojil disky a čítacie hlavy v jednom all-in-one puzdre. Pri jeho vývoji inžinieri používali krátky interný názov „30-30“, čo znamenalo dva moduly (v maximálnom rozložení) po 30 MB. Kenneth Haughton, vedúci projektu, v súlade s označením populárnej loveckej pušky "Winchester 30-30", navrhol nazvať tento disk "Winchester". V Európe a Amerike sa názov „Winchester“ prestal používať v 90. rokoch; v ruskom počítačovom slangu sa zachoval názov „pevný disk“, skrátený na slovo „skrutka“. Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.4. HDD
11 snímka
Popis snímky:
Rozhranie je metóda používaná na prenos údajov. Moderné disky môžu využívať rozhrania ATA (IDE, EIDE), Serial ATA, SCSI, SAS, FireWire, USB a Fibre Channel. Kapacita – množstvo dát, ktoré je možné uložiť na disk. Kapacita moderných zariadení môže dosiahnuť až 1,5 TB, v PC sú dnes bežné pevné disky s kapacitou 80, 120, 200, 320 GB. Na rozdiel od systému predpôn prijatých v informatike, ktoré označujú násobok hodnoty 1024 (kilo \u003d 1024), výrobcovia pri určovaní kapacity pevné disky používajú sa násobky 1000. Takže napríklad „skutočná“ kapacita pevného disku s označením „200 GB“ je 186,2 GB. Fyzická veľkosť – takmer všetky moderné jednotky pre osobné počítače a servery majú veľkosť 3,5 alebo 2,5 palca. Posledne menované sa častejšie používajú v notebookoch. Otáčky vretena - počet otáčok vretena za minútu. Čas prístupu a rýchlosť prenosu dát do značnej miery závisia od tohto parametra. V súčasnosti sa pevné disky vyrábajú s týmito štandardnými rýchlosťami otáčania: 4200, 5400 a 7200 (notebooky), 7200 a 10000 (osobné počítače), 10000 a 15000 ot./min. (servery a vysokovýkonné pracovné stanice). Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.4. Vlastnosti pevného disku
12 snímka
Popis snímky:
Grafická karta je zvyčajne rozširujúca karta a vkladá sa do špeciálneho slotu (ISA, VLB, PCI, AGP, PCI-Express) pre grafické karty na základnej doske, ale môže byť aj vstavaná. Moderná grafická karta sa skladá z týchto hlavných častí: Grafická procesorová jednotka (GPU) - zaoberá sa výpočtami výstupného obrazu, oslobodzuje od tejto zodpovednosti. CPU, vykonáva výpočty na spracovanie príkazov 3D grafika. Grafická karta (známa aj ako grafická karta, grafická karta, video adaptér) (anglicky videocard) je zariadenie, ktoré prevádza obraz uložený v pamäti počítača na video signál pre monitor. Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.5. Grafická karta Video radič - je zodpovedný za tvorbu obrazu vo video pamäti. Video pamäť - funguje ako vyrovnávacia pamäť, v ktorej je uložený obraz v digitálnom formáte, určený na zobrazenie na obrazovke monitora. Digitálno-analógový prevodník (DAC) – používa sa na prevod obrazu generovaného ovládačom videa na úrovne intenzity farieb dodávané na analógový monitor
13 snímka
Popis snímky:
Na základnej doske je zvuková karta nainštalovaná v slotoch ISA (starší formát) alebo PCI (moderný formát). Po nainštalovaní zvukovej karty sa na zadnom paneli skrinky počítača objavia porty na pripojenie reproduktorov, slúchadiel a mikrofónu Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.6. Zvuková karta Zvuková karta (tiež nazývaná zvuková karta, zvukový adaptér) sa používa na nahrávanie a prehrávanie rôznych druhov zvukové signály: reč, hudba, zvukové efekty. 1.7. Sieťová karta Sieťová karta (známa aj ako Internetová karta, sieťový adaptér, ethernetová karta, NIC (anglicky network interface card)) - doska plošných spojov, ktorá umožňuje počítačom vzájomnú interakciu prostredníctvom lokálna sieť. Zvyčajne sa sieťová karta dodáva ako samostatné zariadenie a vkladá sa do rozširujúcich slotov základnej dosky (väčšinou PCI, skoré modely používali zbernicu ISA).
14 snímka
Popis snímky:
Zvyčajne je disketa pružná plastová platňa potiahnutá feromagnetickou vrstvou, odtiaľ pochádza anglický názov „floppy disk“ („disketa“). Táto doska je umiestnená v ochrannom obale, ktorý chráni magnetickú vrstvu pred fyzickým poškodením. Škrupina je pružná alebo odolná. Diskety sa zapisujú a čítajú pomocou špeciálneho zariadenia - disketovej mechaniky (disketovej mechaniky). Diskety majú zvyčajne funkciu ochrany proti zápisu, ktorá vám umožňuje udeliť prístup k údajom iba na čítanie. Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.8. 3,5'' disketová mechanika Disketa je prenosné magnetické pamäťové médium používané na opakované nahrávanie a ukladanie relatívne malých údajov. Na trh bola uvedená 3½" (90 mm) disketa. Neskoršia verzia má kapacitu 1440 kB alebo 1,40 megabajtov.Práve tento typ diskiet sa stal štandardom a používa sa dodnes.
15 snímka
Popis snímky:
Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.9. Mechaniky kompaktných diskov Digitálne informácie sú na CD reprezentované striedajúcimi sa priehlbinami (nereflexnými bodmi) a ostrovčekmi odrážajúcimi svetlo. CD má iba jednu fyzickú stopu vo forme kontinuálnej špirály prebiehajúcej od vonkajšieho priemeru disku k vnútornému priemeru. Čítanie informácií z CD prebieha pomocou laserového lúča, ktorý pri dopade na reflexný ostrovček je vychýlený fotodetektorom, ktorý to interpretuje ako binárnu jednotku. Laserový lúč vstupujúci do dutiny je rozptýlený a absorbovaný: fotodetektor fixuje binárnu nulu. Rýchlosť prenosu údajov pre jednotku je určená rýchlosťou otáčania disku. Zvyčajne sa uvádza v porovnaní so štandardom Audio CD, pri ktorom je rýchlosť čítania dát okolo 150 Kb/s. Tie. CDx2 znamená, že rýchlosť výmeny dát s takýmto diskom je dvakrát vyššia ako 150 KB/s. maximálna rýchlosť rotácia disku CD prevyšuje rýchlosť čítania zvukového disku CD 52-krát. 52 x 150 KB/s = 7800 KB/s. V súčasnosti sú pre masových používateľov dostupné jednotky s možnosťou jednorazového záznamu (CD-R) a prepisovania (CD-RW).
16 snímka
Popis snímky:
Zariadenia zahrnuté v systémovej jednotke 1.10. DVD mechaniky DVD(Digital Versatile Disc, digitálny viacúčelový alebo univerzálny disk) sú vysokokapacitné optické disky, ktoré sa používajú na ukladanie celovečerných filmov, kvalitnej hudby a počítačových programov. Existuje niekoľko variantov DVD, ktoré sa líšia kapacitou: jednostranné a obojstranné, jednovrstvové a dvojvrstvové. Jednostranné jednovrstvové disky DVD majú kapacitu 4,7 GB informácií, dvojvrstvové - 8,5 GB; obojstranná jednovrstvová pojme 9,4 GB, dvojvrstvová - 17 GB. laserový lúč v normále CD-ROM mechanika má vlnovú dĺžku 780 nm a v zariadeniach DVD - od 635 nm do 650 nm, vďaka čomu je hustota DVD nahrávanie podstatne vyššia. Okrem čítania dát z DVD rýchlosťou cca 1,2 MB/s, DVD mechaniky schopný čítať bežné CD-ROMy rýchlosťou približne ekvivalentnou 8-10-rýchlostným CD-ROM mechanikám.
18 snímka
Popis snímky:
Keďže osobné počítače sú v súčasnosti veľmi rozšírené, podrobne zvážime ich funkčné a štrukturálne usporiadanie.
Hlavné bloky PC a ich účel
Štrukturálna schéma osobný počítač znázornené na obr. 3.13.
Ryža. 3.13. Štrukturálna schéma PC
Mikroprocesor
Mikroprocesor ( MP) je centrálne PC zariadenie určené na riadenie činnosti všetkých blokov stroja a na vykonávanie aritmetických a logických operácií s informáciami.
Mikroprocesor sa skladá z niekoľkých komponentov.
Ÿ Riadiace zariadenie (CU): generuje a dodáva určité riadiace signály (riadiace impulzy) do všetkých blokov stroja v správnom čase, vzhľadom na špecifiká vykonávanej operácie a výsledky predchádzajúcich operácií; vytvára adresy pamäťových buniek používaných pri vykonávanej operácii a prenáša tieto adresy do zodpovedajúcich blokov počítača; riadiace zariadenie prijíma sekvenciu referenčných impulzov z generátora hodinových impulzov.
Ÿ Aritmetická logická jednotka (ALU): určená na vykonávanie všetkých aritmetických a logických operácií s numerickými a symbolickými informáciami (v niektorých modeloch PC je k ALU pripojený ďalší matematický koprocesor na urýchlenie vykonávania operácií ).
Ÿ Mikroprocesorová pamäť (MPM): určená na krátkodobé ukladanie, zaznamenávanie a výstup informácií priamo použitých v ďalších cykloch stroja; MPP je postavená na registroch na zabezpečenie vysokej rýchlosti stroja, pretože hlavná pamäť (OP) nie vždy poskytuje rýchlosť zápisu, vyhľadávania a čítania informácií, ktorá je potrebná pre efektívnu prevádzku vysokorýchlostného mikroprocesora. Registre sú vysokorýchlostné pamäťové bunky rôznych dĺžok (na rozdiel od OP buniek, ktoré majú štandardnú dĺžku 1 bajt a nižšiu rýchlosť).
Ÿ Systém rozhrania mikroprocesora je určený na prepojenie a komunikáciu s inými PC zariadeniami; obsahuje interné MP rozhranie, vyrovnávacie pamäťové registre a riadiace obvody pre vstupno-výstupné porty (I/O) a systémovú zbernicu.
Takže rozhranie (rozhranie) - súbor prostriedkov na prepojenie a komunikáciu počítačových zariadení, ktoré zabezpečujú ich efektívnu interakciu.
I/O port - prvky rozhrania systému PC, cez ktoré si MP vymieňa informácie s inými zariadeniami.
Ÿ Generátor hodinových impulzov generuje sled elektrických impulzov, ktorých frekvencia určuje taktovaciu frekvenciu mikroprocesora. Časový interval medzi susednými impulzmi určuje čas jedného cyklu alebo jednoducho cyklu stroja. Frekvencia generátora hodinových impulzov je jednou z hlavných charakteristík osobného počítača a do značnej miery určuje rýchlosť jeho činnosti, pretože každá operácia v počítači sa vykonáva v určitom počte cyklov.
Systémová zbernica
Systémová zbernica je hlavný systém rozhrania počítača, ktorý poskytuje rozhranie a komunikáciu všetkých jeho zariadení medzi sebou. Systémová zbernica obsahuje:
Ÿ kódová dátová zbernica (CDB), obsahujúca vodiče a obvody rozhrania na paralelný prenos všetkých číslic číselného kódu (strojového slova) operandu;
Ÿ zbernica adresového kódu (CBA) obsahujúca vodiče a obvody rozhrania na paralelný prenos všetkých číslic adresového kódu hlavnej pamäťovej bunky alebo vstupno-výstupného portu externého zariadenia;
Ÿ inštrukčná kódová zbernica (KHI), obsahujúca vodiče a obvody rozhrania na prenos inštrukcií (riadiace signály, impulzy) do všetkých blokov stroja;
Ÿ napájacia zbernica obsahujúca vodiče a obvody rozhrania na pripojenie PC jednotiek k napájaciemu systému.
Systémová zbernica poskytuje tri smery prenosu informácií:
Ÿ medzi mikroprocesorom a hlavnou pamäťou;
Ÿ medzi mikroprocesorom a vstupno-výstupnými portami externých zariadení;
Ÿ medzi hlavnou pamäťou a I/O portami externých zariadení (v režime priameho prístupu do pamäte).
Všetky bloky, alebo skôr ich vstupno-výstupné porty, sú pripojené k zbernici rovnakým spôsobom cez zodpovedajúce unifikované konektory (kĺby): priamo alebo cez ovládače (adaptéry). Systémová zbernica je riadená mikroprocesorom buď priamo, alebo častejšie prostredníctvom prídavného riadiaceho čipu. pneumatiky, ktorý tvorí hlavné riadiace signály. Výmena informácií medzi externými zariadeniami a systémovou zbernicou prebieha pomocou ASCII kódov.
Hlavná pamäť
Hlavná pamäť (OP) je navrhnutá na ukladanie a rýchlu výmenu informácií s ostatnými blokmi stroja. OP obsahuje dva typy úložných zariadení: Read Only Memory (ROM) a Random Access Memory (RAM).
Ÿ ROM (Read Only Memory) je určená na ukladanie nemeniteľného (trvalého) softvéru a informácie o pozadí; umožňuje rýchlo iba čítať informácie v ňom uložené (nie je možné zmeniť informácie v ROM);
Ÿ RAM (RAM - Random Access Memory) je určená na prevádzkové zaznamenávanie, ukladanie a čítanie informácií (programov a dát) priamo zapojených do informačného a výpočtového procesu vykonávaného PC v aktuálnom časovom úseku.
Hlavnými výhodami RAM sú jej vysoký výkon a možnosť pristupovať ku každej pamäťovej bunke samostatne (priamy adresný prístup k bunke). Ako nevýhodu RAM treba poznamenať nemožnosť ukladania informácií do nej po vypnutí napájania stroja (volatilita).
Základná doska PC má okrem hlavnej pamäte aj energeticky nezávislú pamäť. CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM), neustále napájaná z batérie; ukladá informácie o hardvérovej konfigurácii počítača (o všetkom hardvéri dostupnom v počítači), ktorý sa kontroluje pri každom zapnutí systému.
Externá pamäť
Externá pamäť označuje externé PC zariadenia a používa sa na dlhodobé ukladanie akýchkoľvek informácií, ktoré môžu byť niekedy potrebné na vyriešenie problémov. Najmä všetok počítačový softvér je uložený v externej pamäti. Externá pamäť je reprezentovaná rôznymi typmi úložných zariadení, ale najbežnejšie z nich, dostupné takmer na každom počítači, sú pevné disky zobrazené v blokovej schéme. (HDD) a floppy (FPHD) magnetické disky.
Účel týchto jednotiek: ukladanie veľkého množstva informácií, zaznamenávanie a vydávanie informácií na požiadanie do pamäte s náhodným prístupom. HDMD a NGMD sa líšia konštruktívne, v objeme uložených informácií a čase ich vyhľadávania, zaznamenávania a čítania. Optické disky (CD ROM - Compact Disk Read Only Memory) sa tiež často používajú ako externé pamäťové zariadenia a menej často - kazetové úložné zariadenia (NKML, streamery).
Zdroj energie
Napájací zdroj - jednotka obsahujúca autonómne a sieťové napájacie systémy pre PC.
Časovač
Časovač - v stroji Digitálne hodinky v reálnom čase, pričom v prípade potreby poskytuje automatické odstránenie aktuálneho časového okamihu (rok, mesiac, hodiny, minúty, sekundy a zlomky sekúnd). Časovač je pripojený k autonómnemu zdroju energie - batérii a po odpojení stroja od elektrickej siete pokračuje v práci.
Externé zariadenia
Externé zariadenia (ED) PC sú najdôležitejšou súčasťou každého výpočtového komplexu, stačí povedať, že pokiaľ ide o náklady, ED predstavujú až 80 – 85 % nákladov celého PC.
VU PC zabezpečuje interakciu stroja s prostredím: používateľmi, riadiacimi objektmi a inými počítačmi.
Medzi externé zariadenia patria:
Ÿ externé pamäťové zariadenia (VSD) alebo externá pamäť počítača;
Ÿ interaktívne používateľské nástroje;
Ÿ vstupné zariadenia;
Ÿ zariadenia na výstup informácií;
Ÿ komunikačné a telekomunikačné prostriedky.
Dialógové nástroje používateľa zahŕňajú:
Ÿ video monitor (video terminál, displej ) - zariadenie na zobrazovanie informácií zadávaných a výstupných z PC;
Ÿ rečové vstupno-výstupné zariadenia sú rýchlo sa rozvíjajúce multimediálne nástroje. Ide o rôzne mikrofóny. akustické systémy, „sonické myši“ so sofistikovaným softvérom, ktorý dokáže rozpoznať, identifikovať a zakódovať ľudské hovorené písmená a slová; zvukové syntetizátory, ktoré konvertujú digitálne kódy na písmená a slová, ktoré sa prehrávajú cez reproduktory (reproduktory) alebo reproduktory pripojené k počítaču.
Vstupné zariadenia zahŕňajú:
klávesnica - zariadenie na manuálne zadávanie numerických, textových a riadiacich informácií do PC;
grafické tablety(digitizéry) - zariadenia na manuálne zadávanie grafických informácií, obrázkov pohybom špeciálneho ukazovateľa (pera) po tablete; pri pohybe pera sa automaticky načítajú súradnice jeho polohy a tieto súradnice sa zadajú do PC;
Ÿ skenery (čítacie stroje) - zariadenia na automatické čítanie z papierových a filmových médií a zadávanie strojovo písaných textov, grafov, kresieb, nákresov do PC;
Ÿ zameriavacie zariadenia (grafické manipulátory) určené na zadávanie grafických informácií na displej ovládaním pohybu kurzora po obrazovke s následným zakódovaním súradníc kurzora a ich zadaním do PC (joystick - páka, myš, trackball - gulička v ráme, svetelné pero atď.) d.);
dotykové obrazovky- pre vstup jednotlivé prvky obrázky, programy alebo príkazy z obrazovky počítača.
Medzi zariadenia na výstup informácií patria:
Ÿ tlačiarne - tlačiarne na zaznamenávanie informácií na papier alebo filmové médiá;
Ÿ plotre (plotre) - zariadenia na výstup grafických informácií (grafy, výkresy, výkresy) z PC na papier.
Komunikačné a telekomunikačné zariadenia sa používajú na komunikáciu so zariadeniami a inými automatizačnými zariadeniami (prispôsobovače rozhraní, adaptéry, digitálno-analógové a analógovo-digitálne prevodníky atď.) a na pripojenie PC ku komunikačným kanálom, k iným počítačom a počítačom. siete (dosky a karty sieťového rozhrania - sieťové adaptéry, "junctions", multiplexery na prenos dát, modemy - modulátory / demodulátory).
Konkrétne, znázornené na obr. Sieťový adaptér 4.1 označuje externé rozhranie počítača a používa sa na jeho pripojenie ku komunikačnému kanálu za účelom výmeny informácií s inými počítačmi pri práci ako súčasť počítačová sieť. Ako sieťový adaptér najčastejšie používaný modem.
Mnohé z vyššie uvedených zariadení patria do konvenčne prideľovanej skupiny multimediálnych nástrojov.
Multimédiá (multimedia, multi-environment) je komplex hardvéru a softvérové nástroje, ktorý umožňuje osobe komunikovať s počítačom pomocou rôznych prirodzených médií: zvuk, video, grafika, texty, animácie atď. Multimédiá zahŕňajú zariadenia na vstup reči a zariadenia na výstup reči; mikrofóny a videokamery, akustické a obrazové reprodukčné systémy so zosilňovačmi, reproduktory, veľké video obrazovky; zvukové a video adaptéry, karty na zachytávanie videa, ktoré zachytávajú obraz z videorekordéra alebo kamkordéra a vkladajú ho do počítača; už rozšírené skenery, ktoré umožňujú automatické zadávanie tlačených textov a kresieb do počítača; nakoniec, externé veľkokapacitné pamäťové zariadenia na optických diskoch, často používané na záznam zvukových a obrazových informácií.
Zvážte zariadenie počítača pomocou príkladu najbežnejšieho počítačového systému - osobného počítača. Osobný počítač (PC) sa nazýva relatívne lacný univerzálny mikropočítač pre jedného užívateľa. Osobné počítače sú zvyčajne navrhnuté na základe princípu otvorenej architektúry.
Princíp otvorenej architektúry je nasledovný:
· Regulovaný a štandardizovaný je len popis princípu fungovania počítača a jeho konfigurácie (určitá množina hardvéru a prepojenia medzi nimi). Počítač tak možno poskladať z jednotlivých komponentov a dielov navrhnutých a vyrobených nezávislými výrobcami.
· Počítač je možné jednoducho rozšíriť a upgradovať pomocou interných rozširujúcich slotov, do ktorých môže používateľ vložiť rôzne zariadenia, ktoré spĺňajú zadaný štandard, a nakonfigurovať si tak svoj stroj podľa svojich osobných preferencií.
Zjednodušená bloková schéma zobrazujúca hlavné funkčné komponenty počítačového systému v ich vzťahu (obrázok 8.6).
Obrázok 9.6 - Všeobecná štruktúra osobného počítača s pripojenými perifériami
Obrázok 9.7 - Bloková schéma osobného počítača
Poďme analyzovať funkčný účel hlavných komponentov.
Mikroprocesor (poslanec). Toto je centrálna jednotka PC, určená na riadenie prevádzky všetkých jednotiek stroja a na vykonávanie aritmetických a logických operácií s informáciami.
Mikroprocesor obsahuje:
· ovládacie zariadenie(CU) - generuje a dodáva určité riadiace signály (riadiace impulzy) do všetkých blokov stroja v správnom čase; riadiace zariadenie prijíma sekvenciu referenčných impulzov z generátora hodinových impulzov;
· aritmeticko-logická jednotka(ALU) - určený na vykonávanie všetkých aritmetických a logických operácií s numerickými a symbolickými informáciami (v niektorých modeloch PC je k ALU pripojený ďalší matematický koprocesor na urýchlenie vykonávania operácií);
· pamäť mikroprocesora(MPP) - slúži ako deň krátkodobého uchovávania, zaznamenávania a vydávania informácií priamo použitých pri výpočtoch v ďalších cykloch stroja. (MPP je postavený na registroch a používa sa na zabezpečenie vysokej rýchlosti stroja, pretože hlavná pamäť (OP) nie vždy poskytuje rýchlosť zápisu, vyhľadávania a čítania informácií, ktoré sú potrebné pre efektívnu prevádzku vysokorýchlostného mikroprocesora.)
systém rozhrania mikroprocesora- implementuje párovanie a komunikáciu s inými PC zariadeniami; obsahuje interné MP rozhranie, vyrovnávacie pamäťové registre a riadiace obvody pre vstupno-výstupné porty (IOP) a systémovú zbernicu. Rozhranie- je to prostriedok na prepojenie dvoch zariadení, v ktorom sú všetky fyzické a logické parametre navzájom konzistentné. Ak je rozhranie všeobecne akceptované, napríklad schválené na úrovni medzinárodných zmlúv, potom sa nazýva štandardné.
Generátor hodín . Generuje sekvenciu elektrických impulzov; frekvencia generovaných impulzov určuje hodinovú frekvenciu stroja, ktorá je jednou z hlavných charakteristík osobného počítača, a do značnej miery určuje rýchlosť jeho prevádzky, pretože každá operácia v stroji sa vykonáva v určitom počte cyklov:
Systémová zbernica . Toto je hlavný systém rozhrania počítača, ktorý zabezpečuje párovanie a komunikáciu všetkých jeho zariadení medzi sebou. Systémová zbernica obsahuje:
1. kódová dátová zbernica (KShD);
2. zbernica adresového kódu (KShA);
3. zbernica inštrukčného kódu (KSI);
4. elektrická koľajnica
Systémová zbernica poskytuje tri smery prenosu informácií:
Medzi mikroprocesorom a hlavnou pamäťou;
medzi mikroprocesorom a vstupno-výstupnými portami externých zariadení;
· medzi hlavnou pamäťou a I/O portami externých zariadení (v režime priameho prístupu do pamäte).
Hlavná pamäť (OP). Je určený na ukladanie a rýchlu výmenu informácií s inými jednotkami stroja. OP obsahuje dva typy pamäťových zariadení: pamäť iba na čítanie (ROM) a pamäť s náhodným prístupom (RAM).
ROM slúži na uloženie nemenného (trvalého) programu a referenčného formátu, umožňuje rýchlo iba prečítať informácie v ňom uložené (nie je možné zmeniť informácie v ROM).
RAM je určený na operatívne zaznamenávanie, uchovávanie a čítanie informácií (programov a dát) priamo zapojených do informačno-výpočtového procesu vykonávaného PC v aktuálnom časovom úseku.
Externá pamäť . Vzťahuje sa na externé PC zariadenia a slúži na dlhodobé ukladanie akýchkoľvek informácií. Najmä všetok počítačový softvér je uložený v externej pamäti. Externá pamäť obsahuje rôzne typy úložných zariadení, najbežnejšie sú pevné disky (HDD) a disketové mechaniky (FPHD).
Účelom týchto jednotiek je ukladať veľké množstvo informácií
Zdroj energie . Jedná sa o blok obsahujúci autonómne a sieťové napájacie systémy pre PC.
Časovač . Ide o zabudované elektronické hodiny, ktoré v prípade potreby umožňujú automatické odstránenie aktuálneho okamihu v čase (rok, mesiac, hodiny, minúty, sekundy a zlomky sekúnd). Časovač je pripojený k autonómnemu zdroju energie - batérii a pokračuje v práci, keď je stroj odpojený od siete.
Externé zariadenia (VU). Podľa účelu možno rozlíšiť nasledujúce typy JV:
externé pamäťové zariadenia (VZU) alebo externá pamäť PC;
interaktívne nástroje používateľa;
vstupné zariadenia;
zariadenia na výstup informácií;
komunikačných a telekomunikačných prostriedkov.
Medzi interaktívne používateľské nástroje patria video monitory (displeje), menej často konzolové písacie stroje (tlačiarne s klávesnicami) a zariadenia na hlasový vstup-výstup informácií.
Vstupné zariadenia zahŕňajú:
· klávesnica
Grafické tablety (digitizéry) - na manuálne zadávanie grafických informácií, obrázkov pohybom špeciálneho ukazovateľa (pera) po tablete; pri pohybe pera sa automaticky načítajú súradnice jeho polohy a tieto súradnice sa zadajú do PC;
Skenery
Manipulátory (ukazovacie zariadenia): joystick - páka, myš, trackball - gulička v ráme, svetelné pero a pod. - na zadávanie grafických informácií na obrazovke ovládaním pohybu kurzora po obrazovke s následným zakódovaním súradníc kurzor a ich zadávanie do počítača;
dotykové obrazovky - na zadávanie jednotlivých prvkov obrazu, programov alebo príkazov zo zobrazenia rozdelenej obrazovky v PC.
Výstupné zariadenia zahŕňajú:
tlačiarní
Grafové plotre (plotre)
Na koordináciu rozhraní sa periférne zariadenia pripájajú na zbernicu nie priamo, ale prostredníctvom ich ovládačov (adaptérov) a portov približne podľa nasledujúcej schémy (obrázok 8.8).
Obrázok 9.8 - Schéma pripojenia periférnych zariadení
Ovládače a adaptéry sú súbory elektronických obvodov, ktoré sa dodávajú s počítačovými zariadeniami za účelom kompatibility ich rozhraní. Ovládače okrem toho vykonávajú priame ovládanie periférnych zariadení na žiadosť mikroprocesora.
Porty zariadenia sú niektoré elektronické obvody obsahujúce jeden alebo viacero I/O registrov a umožňujúce pripojenie počítačových periférií na externé zbernice mikroprocesora. Porty sa tiež nazývajú štandardné zariadenia rozhrania: sériové, paralelné a herné porty (alebo rozhrania).
Sériový port komunikuje s procesorom bajt po byte as externými zariadeniami - bit po bite. Paralelný port prijíma a odosiela dáta bajt po bajte. Sériový port sa zvyčajne používa na pripojenie pomalých alebo pomerne vzdialených zariadení, ako je myš a modem. K paralelnému portu je pripojených viac „rýchlych“ zariadení – tlačiareň a skener. Cez herný port je pripojený joystick. Klávesnica a monitor sú pripojené k ich špecializovaným portom, čo sú len konektory.
Dodatočné schémy . Spolu s typickými externými zariadeniami, niektoré ďalšie dosky s integrované obvody rozširovanie a zlepšovanie funkčnosť mikroprocesor: matematický koprocesor, radič priameho prístupu do pamäte, vstupno-výstupný koprocesor, radič prerušení atď.
3. Prednáška. Architektúra moderných vysokovýkonných počítačov. Funkčná štruktúra počítača. Základné pojmy fungovania. Počítačový softvér. Základy algoritmizácie.
Vstupné zariadenie
pamäťový blok
Aritmetická logická jednotka
výstupný blok
Ovládací blok
Základné prevádzkové koncepty
Štruktúra autobusu
softvér
Etapy prípravy a riešenia problémov na počítači
Algoritmy a spôsoby ich opisu
Funkčná štruktúra počítača
Ako vyplýva z obr. 3.1 sa počítač skladá z piatich hlavných, funkčne nezávislých častí:
Vstupné zariadenie,
pamäťové zariadenie,
Aritmetická logická jednotka,
výstupné zariadenie a
Ovládacie zariadenie.
Vstupné zariadenie prijíma zakódované informácie prostredníctvom digitálnych komunikačných liniek od operátorov, elektromechanických zariadení, ako sú klávesnice, alebo z iných počítačov v sieti. Prijaté informácie sa buď uložia do pamäte počítača pre neskoršie použitie, alebo sa okamžite použijú aritmetickými a logickými obvodmi na vykonanie potrebných operácií. Postupnosť krokov spracovania je určená programom uloženým v pamäti. Získané výsledky sa posielajú späť do vonkajšieho sveta cez výstupné zariadenie. Všetky tieto akcie koordinuje riadiaca jednotka. Na obr. 3.1. zámerne nezobrazené väzby medzi funkčnými celkami. Vysvetľuje to skutočnosť, že takéto spojenia môžu byť implementované rôznymi spôsobmi. Ako presne, pochopíte o niečo neskôr. Aritmetické a logika v kombinácii s hlavnými riadiacimi obvodmi sa nazýva procesor a vstupné a výstupné zariadenia spoločne sa často nazývajú vstupno-výstupná jednotka (vstupno-výstupná jednotka).
Teraz sa obráťme na informácie spracovávané počítačom. Je vhodné ho rozdeliť do dvoch hlavných kategórií: príkazy a dáta. Príkazy alebo strojové pokyny sú výslovne uvedené pokyny, ktoré:
Spravujte prenos informácií v rámci počítača, ako aj medzi počítačom a jeho vstupno-výstupnými zariadeniami;
Určite aritmetické a logické operácie, ktoré sa majú vykonať.
Zoznam príkazov, ktoré vykonávajú nejakú úlohu, sa nazýva program. Programy sú zvyčajne uložené v pamäti. Procesor postupne získava programové inštrukcie z pamäte a implementuje nimi definované operácie. Počítač je kompletne riadený uloženým programom , okrem možnosti externého zásahu operátora a I/O zariadení pripojených k stroju.
Dáta sú čísla a kódované znaky používané ako operandy inštrukcie. Pojem „údaje“ sa však často používa na označenie akýchkoľvek digitálnych informácií. Podľa tejto definície možno za dáta považovať aj samotný program (teda zoznam príkazov), ak ho spracováva iný program. Príkladom spracovania jedného programu iným je kompilácia zdrojového programu napísaného vo vysokoúrovňovom jazyku do zoznamu strojových inštrukcií tvoriacich program strojového jazyka nazývaný objektový program. Zdrojový program je vstupom do kompilátora, ktorý ho preloží do programu strojového jazyka.
Ryža. 3.1. Základné funkčné zariadenia počítač
Informácie určené na spracovanie počítačom musia byť zakódované vo formáte vhodnom pre počítač. Moderný hardvér je väčšinou založený na digitálnych obvodov, ktoré majú len dva stabilné stavy ON a OFF (pozri prednášku 2). V dôsledku kódovania sa akékoľvek číslo, znak alebo príkaz skonvertuje na reťazec binárnych číslic nazývaných bity, z ktorých každá má jednu z dvoch možných hodnôt: 0 alebo 1. Na znázornenie čísel (ako bude zrejmé v kapitole 4) , zvyčajne sa používa pozičný binárny zápis. Niekedy sa používa binárne kódovaný desiatkový formát (Binary-Coded Decimal, BCD), podľa ktorého je každá desiatková číslica zakódovaná samostatne pomocou štyroch bitov.
Písmená a čísla sú tiež reprezentované pomocou binárnych kódov. Bolo pre nich vyvinutých niekoľko rôznych schém kódovania. Schémy ASCII (American Standard Code for Information Interchange) sa považujú za najbežnejšie. štandardný kód pre výmenu informácií), kde je každý znak reprezentovaný 7-bitovým kódom, a EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code - rozšírený binárne kódovaný desiatkový kód na výmenu informácií), ktorý používa 8 bitov na zakódovanie znaku.
3.1.1. Vstupné zariadenie
Počítač prijíma zakódované informácie cez vstupné zariadenie, ktorého úlohou je čítať dáta. Najbežnejším vstupným zariadením je klávesnica. Keď používateľ stlačí kláves, príslušné písmeno alebo číslo sa automaticky skonvertuje na špecifický binárny kód a po kábli sa odošle do pamäte alebo do procesora.
Existuje množstvo ďalších vstupných zariadení vrátane joystickov, trackballov a myší. Používajú sa v spojení s displejom ako grafické vstupné zariadenia. Na audio vstup je možné použiť mikrofóny. Zvukové vibrácie, ktoré vnímajú, sa merajú a premieňajú na digitálne kódy na ukladanie a spracovanie.
3.1.2. pamäťový blok
Úlohou pamäťového bloku je ukladať programy a dáta. Existujú dve triedy úložných zariadení, a to primárne a sekundárne. Primárne úložisko je pamäť, ktorej výkon je určený rýchlosťou práce elektronické obvody. Kým je program spustený, musí byť uložený v primárnej pamäti. Táto pamäť pozostáva z veľkého počtu polovodičových buniek, z ktorých každá môže uchovávať jeden bit informácie. Bunky sa zriedka čítajú jednotlivo - zvyčajne sa spracúvajú v skupinách s pevnou veľkosťou, ktoré sa nazývajú slová. Pamäť je organizovaná tak, že obsah jedného slova obsahujúceho n bitov možno zapísať alebo prečítať v jednej základnej operácii.
Na uľahčenie prístupu k slovám v pamäti je každému slovu priradená samostatná adresa. Adresy sú čísla, ktoré identifikujú konkrétne miesta slov v pamäti. Ak chcete prečítať slovo z pamäte alebo ho do nej zapísať, musíte zadať jeho adresu a zadať riadiaci príkaz, ktorý spustí príslušnú operáciu.
Počet bitov v každom slove sa často označuje ako dĺžka strojového slova. Slovo má zvyčajne dĺžku 16 až 64 bitov. Jedným z faktorov charakterizujúcich triedu počítača je kapacita jeho pamäte. Malé stroje zvyčajne dokážu uložiť len niekoľko desiatok miliónov slov, zatiaľ čo stredné a veľké stroje zvyčajne dokážu uložiť stovky miliónov a miliardy slov. Typickými jednotkami na meranie množstva údajov spracovaných strojom sú slovo, niekoľko slov alebo časť slova. Počas jedného prístupu do pamäte sa spravidla číta alebo zapisuje iba jedno slovo.
Počas vykonávania musí byť program v pamäti. Pokyny a údaje sa musia zapisovať a čítať z pamäte pod kontrolou procesora. Možnosť extrémne rýchleho prístupu k akémukoľvek slovu pamäte je mimoriadne dôležitá. Pamäť, ku ktorej je možné pristupovať kedykoľvek v krátkom a pevnom čase, sa nazýva pamäť s náhodným prístupom (RAM). Čas potrebný na prístup k jednému slovu sa nazýva čas prístupu do pamäte. Tento čas je vždy rovnaký, bez ohľadu na to, kde sa požadované slovo nachádza. Čas prístupu do pamäte v modernej verzii RAM zariadenia sa pohybuje od niekoľkých nanosekúnd do 100. Pamäť počítača je zvyčajne hierarchická štruktúra pozostávajúca z troch alebo štyroch úrovní polovodičových prvkov RAM s rôznymi rýchlosťami a rôznymi veľkosťami. Najrýchlejším typom pamäte RAM je vyrovnávacia pamäť (alebo jednoducho vyrovnávacia pamäť). Je priamo spojený s procesorom a často je s ním umiestnený na rovnakom integrovanom čipe, vďaka čomu sa výrazne zrýchli práca procesora. Väčšia pamäť, ale menej rýchla, sa nazýva hlavná pamäť. Ďalej v tejto prednáške je podrobnejšie popísaný proces prístupu k informáciám v pamäti a neskôr sa budeme podrobne zaoberať princípmi jej fungovania a otázkami súvisiacimi s výkonom.
Primárne úložné zariadenia sú mimoriadne dôležité komponenty pre počítač, ale sú dosť drahé. Preto sú počítače vybavené dodatočnými, lacnejšími sekundárnymi úložnými zariadeniami slúžiacimi na ukladanie veľkého množstva dát a veľkého množstva programov. V súčasnosti existuje veľa takýchto zariadení. Ale najrozšírenejšie magnetické disky, magnetické pásky a optické disky (CD-ROM).
3.1.3. Aritmetická logická jednotka
Väčšina počítačových operácií sa vykonáva v aritmetickej logickej jednotke (ALU) procesora. Zoberme si typický príklad. Predpokladajme, že potrebujeme pridať dve čísla do pamäte. Tieto čísla sú odoslané do procesora, kde ALU vykoná ich sčítanie. Výsledné množstvo je možné zapísať do pamäte alebo ponechať v procesore na okamžité použitie.
Akékoľvek iné aritmetické alebo logické operácie, vrátane násobenia, delenia a porovnávania čísel, začínajú odoslaním týchto čísel do procesora, kde musí ALU vykonať príslušnú operáciu. Keď sa operandy prenesú do procesora, uložia sa do vysokorýchlostných pamäťových prvkov nazývaných registre. Každý register môže uložiť jedno slovo údajov. Čas prístupu k registrom procesora je dokonca kratší ako čas prístupu k najrýchlejšej vyrovnávacej pamäti.
Riadiace a aritmeticko-logické jednotky pracujú mnohonásobne rýchlejšie ako všetky ostatné pripojené zariadenia počítačový systém. To umožňuje jedinému procesoru ovládať mnoho externých zariadení, ako sú klávesnice, displeje, magnetické a optické disky, senzory a mechanické ovládacie prvky.
3.1.4. výstupný blok
Funkcia výstupného bloku je opačná ako funkcia vstupného bloku: smeruje výsledky spracovania do takzvaného vonkajšieho sveta. Typickým príkladom výstupného zariadenia je tlačiareň. Tlačiarne používajú na tlač nárazové mechanizmy, atramentové hlavy alebo technológie kopírovania, ako sú laserové tlačiarne. Existujú tlačiarne schopné tlačiť až 10 000 riadkov za minútu. Na mechanické zariadenie je to obrovská rýchlosť, no v porovnaní s rýchlosťou procesora zanedbateľná.
Niektoré zariadenia, a najmä grafické displeje, vykonávajú funkciu výstupu aj funkciu vstupu. Preto sa nazývajú vstupno-výstupné zariadenia.
3.1.5. Ovládací blok
Pamäť, aritmetika a logika, vstupné a výstupné zariadenia ukladajú a spracúvajú informácie a vykonávajú vstupné a výstupné operácie. Prevádzku takýchto zariadení je potrebné nejako koordinovať. Presne toto robí riadiaca jednotka. Toto je takpovediac nervové centrum počítača, ktorý prenáša riadiace signály do iných zariadení a monitoruje ich stav.
I/O operácie sú riadené programovými príkazmi, ktoré identifikujú zodpovedajúce I/O zariadenia a prenášané dáta. Avšak skutočné časovacie signály, ktoré riadia prenos, sú generované riadiacimi obvodmi. Časovacie signály sú signály, ktoré určujú, kedy sa má daná činnosť vykonať. Okrem toho sa pomocou hodinových signálov generovaných riadiacou jednotkou prenášajú dáta medzi procesorom a pamäťou. Riadiacu jednotku si možno predstaviť ako samostatné zariadenie interagujúce s ostatnými časťami stroja. Ale v praxi sa to stáva zriedka. Väčšina riadiacich obvodov je fyzicky rozmiestnená na rôznych miestach počítača. Signály používané na synchronizáciu udalostí a akcií všetkých zariadení sa prenášajú cez množstvo riadiacich vedení (vodičov). Vo všeobecnosti možno fungovanie počítača opísať takto:
Počítač pomocou vstupnej jednotky prijíma informácie vo forme programov a dát a zapisuje ich do pamäte.
Informácie uložené v pamäti pod kontrolou programu sa posielajú do aritmetickej logickej jednotky na ďalšie spracovanie.
Údaje získané ako výsledok spracovania informácií sa odosielajú do výstupných zariadení.
Riadiaca jednotka je zodpovedná za všetky činnosti vykonávané vo vnútri stroja.
Ako je uvedené v časti 3.1, činnosti počítača sú riadené pokynmi. Na vykonanie špecifickej úlohy sa do pamäte zapíše zodpovedajúci program pozostávajúci zo sady inštrukcií. Inštrukcie sa postupne posielajú z pamäte do procesora, ktorý ich vykoná. Dáta používané ako inštrukčné operandy sú tiež uložené v pamäti. Tu je príklad typického príkazu:
Táto inštrukcia sčíta operand uložený v pamäti na adrese LOCA s operandom uloženým v registri R0 na procesore a umiestni výsledok do rovnakého registra. Pôvodný obsah pamäte na LOCA sa nezmení a obsah registra R0 sa prepíše. Tento príkaz sa vykonáva v niekoľkých krokoch. Najprv sa prenesie z pamäte do procesora. Operand inštrukcie sa potom načíta z pamäte na adrese LOCA a pridá sa k obsahu registra R0, po čom sa výsledný súčet zapíše do registra R0.
Opísaný príkaz Add kombinuje dve operácie: prístup do pamäte a operáciu ALU. V mnohých moderných počítačoch sa tieto dva typy operácií vykonávajú pomocou samostatných príkazov. Toto rozdelenie je založené na úvahách o výkone, o ktorých budeme diskutovať nižšie. Vyššie uvedený príkaz môže byť tiež implementovaný ako dva príkazy:
1) Načítajte R3, LOCA pre architektúru Intel (IA-32): mov bx, loca
Pridajte R0,R3 pridajte ax,bx
Prvá z týchto inštrukcií skopíruje obsah pamäte na adrese LOCA do registra procesora R1 a druhá inštrukcia pridá obsah registrov R1 a R0 a umiestni súčet do registra R0. Všimnite si, že v dôsledku vykonania dvoch inštrukcií sa pôvodný obsah oboch registrov zničí a obsah pamäte na adrese LOCA sa zachová.
Prenos dát medzi pamäťou a procesorom začína odoslaním adresy slova, ku ktorému sa má pristupovať, do pamäťového zariadenia a vydaním príslušných riadiacich signálov. Údaje sa potom prenesú do alebo z pamäte.
Na obr. Obrázok 3.2 zobrazuje prepojenie pamäte a procesora. Obrázok navyše ilustruje niekoľko dôležitých vlastností procesora, o ktorých sme ešte nehovorili. Nezobrazuje skutočnú schému zapojenia týchto komponentov, pretože zatiaľ diskutujeme iba o ich funkčných charakteristikách. Zapojenie komponentov je podrobnejšie popísané v časti 8 pri zvažovaní konštrukcie procesora.
Okrem ALU a riadiacich obvodov obsahuje procesor mnoho registrov určených na rôzne účely. Register inštrukcií (IR) obsahuje kód aktuálne vykonávanej inštrukcie. Jeho výsledok je dostupný pre riadiace obvody, ktoré generujú signály na ovládanie rôznych prvkov zapojených do vykonávania príkazu. Ďalší špecializovaný register, nazývaný programové počítadlo (PC), sa používa na kontrolu priebehu programu. Obsahuje adresu ďalšej inštrukcie, ktorá sa má vyvolať a vykonať. Počas vykonávania ďalšej inštrukcie sa aktualizuje obsah registra PC - zapíše sa do nej adresa ďalšej inštrukcie. Hovorí sa, že register PC ukazuje na inštrukciu, ktorá sa má stiahnuť z pamäte. Okrem IR a PC registrov na obr. 3.2 ukazuje n všeobecných registrov, od R0 do R„-i. Na čo slúžia, je vysvetlené v kapitole 2.
Nakoniec ďalšie dva registre poskytujú interakciu s pamäťou. Ide o register adries (Memory Address Register, MAR) a dátový register (Memory Data Register, MDR). Register MAR obsahuje adresu, na ktorej sa pristupuje do pamäte a register MDR obsahuje údaje, ktoré je potrebné na tejto adrese zapisovať do pamäte alebo z nej čítať.
Zvážte typický proces vykonávania programu počítačom. Program sa nachádza v pamäti, kam sa väčšinou dostane cez vstupné zariadenie. Jeho vykonanie začína zápisom adresy prvej inštrukcie do registra PC. Obsah tohto registra sa prenesie do registra MAR a do pamäte sa odošle riadiaci signál Read. Keď uplynie čas potrebný na prístup do pamäte, adresované slovo (v tomto prípade prvá inštrukcia programu) sa načíta z pamäte a nahrá do registra MDR. Obsah registra MDR sa potom prenesie do registra IR. Príkaz je pripravený na dekódovanie a vykonanie.
Ak inštrukcia vyžaduje, aby ALU vykonala určitú operáciu, musí pre ňu získať operandy. Operand nachádzajúci sa v pamäti (môže byť aj vo všeobecnom registri) z nej treba najskôr extrahovať prenesením jeho adresy do registra MAR a inicializáciou Readovej slučky. Po prenesení z pamäte do registra MDR sa operand odošle do ALU. Podobne sa tam prenesú aj zvyšné operandy potrebné pre príkaz, po ktorom bude môcť ALU vykonať požadovanú operáciu. Ak je potrebné výsledok uložiť do pamäte, zapíše sa do registra MDR. Potom sa adresa, na ktorú je potrebné zapísať do pamäte, umiestni do registra MAR, po čom sa spustí slučka zápisu. V určitom bode počas vykonávania aktuálnej inštrukcie sa register PC zvýši, aby ukázal na ďalšiu inštrukciu, ktorá sa má vykonať. Inými slovami, akonáhle je vykonanie aktuálnej inštrukcie dokončené, bude možné začať s načítaním ďalšej.
Ryža. 3.2. Spojenie medzi procesorom a pamäťou
Počítač nielen posiela dáta medzi pamäťou a procesorom, ale ich aj prijíma zo vstupných zariadení a posiela ich aj do výstupných zariadení. Preto sú medzi strojovými pokynmi aj pokyny na vykonávanie I/O operácií.
Ak je potrebné urýchlene vykonať servis zariadenia (napríklad keď monitorovacie zariadenie v automatizovanom priemyselnom procese zistí nebezpečnú situáciu), môže sa prerušiť normálne vykonávanie programu. Aby bolo možné okamžite reagovať na túto situáciu, počítač musí prerušiť vykonávanie aktuálneho programu. Na tento účel zariadenie generuje signál prerušenia. Prerušenie je požiadavka od I/O zariadenia, aby mu poskytol čas CPU. Na obsluhu tohto zariadenia procesor spustí príslušnú obsluhu prerušenia. A keďže jeho vykonanie môže zmeniť vnútorný stav procesora, pred obsluhou prerušenia musíte jeho stav uložiť do pamäte. Táto operácia zvyčajne uloží obsah registra PC, všeobecných registrov a niektorých riadiacich informácií. Keď sa obsluha prerušenia ukončí, stav procesora sa obnoví a prerušený program pokračuje. Procesor so všetkými jeho prvkami (obr. 3.2) je zvyčajne realizovaný ako jeden mikroobvod, na ktorom je umiestnené aspoň jedno cache pamäťové zariadenie. Takéto čipy sa nazývajú VLSI (VLSI je skratka pre Very Large Scale Integration, čo v preklade znamená integrácia vo veľkom meradle).