โครงสร้างการทำงานของคอมพิวเตอร์ การจัดโครงสร้างการทำงานและโครงสร้างของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล หน้าที่ของคอมพิวเตอร์ในฐานะระบบประมวลผลข้อมูล
คำอธิบายการนำเสนอเป็นรายสไลด์:
1 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
2 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
หน่วยความจำภายในเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่จัดเก็บข้อมูลในขณะที่ใช้พลังงานไฟฟ้า เมื่อคอมพิวเตอร์ถูกตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่าย ข้อมูลจาก หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่มหายไป โปรแกรมจะถูกเก็บไว้ใน หน่วยความจำภายในคอมพิวเตอร์. (หลักการของฟอน นอยมันน์ - หลักการโปรแกรมที่เก็บไว้) หน่วยความจำภายนอกเป็นสื่อแม่เหล็กหลากหลายชนิด (เทป ดิสก์) แผ่นดิสก์แสง. การจัดเก็บข้อมูลไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟคงที่ รูปนี้แสดงแผนผังโครงสร้างคอมพิวเตอร์โดยคำนึงถึงหน่วยความจำสองประเภท ลูกศรแสดงทิศทาง การแลกเปลี่ยนข้อมูล
3 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
1. รวมอุปกรณ์แล้ว หน่วยระบบ 1.1. เมนบอร์ด เมนบอร์ดให้การสื่อสารระหว่างอุปกรณ์พีซีทั้งหมดโดยการส่งสัญญาณจากอุปกรณ์หนึ่งไปยังอีกอุปกรณ์หนึ่ง บนพื้นผิว เมนบอร์ดมีตัวเชื่อมต่อจำนวนมากที่ออกแบบมาเพื่อติดตั้งอุปกรณ์อื่น: ซ็อกเก็ต – ซ็อกเก็ตสำหรับโปรเซสเซอร์ สล็อต – ตัวเชื่อมต่อสำหรับ RAM และการ์ดเอ็กซ์แพนชัน ตัวควบคุมพอร์ต I/O เมนบอร์ด - แผงวงจรพิมพ์ซึ่งส่วนประกอบส่วนใหญ่ของระบบคอมพิวเตอร์ติดตั้งอยู่ ชื่อนี้มาจากเมนบอร์ดภาษาอังกฤษ บางครั้งใช้ตัวย่อ MB หรือคำว่า เมนบอร์ด - เมนบอร์ด
4 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
A – ขั้วต่อ (ซ็อกเก็ต) ของโปรเซสเซอร์กลาง B – ขั้วต่อสำหรับ RAM C – ขั้วต่อสำหรับเชื่อมต่อการ์ดแสดงผล โมเด็มภายใน ฯลฯ D – ขั้วต่อสำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุตภายนอก 1. อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.1. เมนบอร์ด จับคู่ตัวเชื่อมต่อที่ระบุในรูป (อุปกรณ์สำหรับการสลับ) และวัตถุประสงค์:
5 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
โปรเซสเซอร์มีหม้อน้ำขนาดใหญ่ระบายความร้อนด้วยพัดลม (คูลเลอร์) โครงสร้างโปรเซสเซอร์ประกอบด้วยเซลล์ซึ่งข้อมูลไม่เพียงแต่สามารถจัดเก็บได้ แต่ยังมีการเปลี่ยนแปลงอีกด้วย เซลล์ภายในของโปรเซสเซอร์เรียกว่ารีจิสเตอร์ อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.2 โปรเซสเซอร์กลาง หน่วยประมวลผลกลางหรือหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) เป็นชิปคอมพิวเตอร์หลักที่ใช้คำนวณทั้งหมด
6 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
รถบัสที่อยู่ ยู โปรเซสเซอร์อินเทล Pentium (และเป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลในปัจจุบัน) มีบัสแอดเดรสแบบ 32 บิตนั่นคือประกอบด้วยเส้นคู่ขนาน 32 เส้น บัสข้อมูล บัสนี้จะคัดลอกข้อมูลจาก RAM ไปยังการลงทะเบียนโปรเซสเซอร์และด้านหลัง ในคอมพิวเตอร์ที่สร้างบนโปรเซสเซอร์ Intel Pentium บัสข้อมูลเป็นแบบ 64 บิตนั่นคือประกอบด้วย 64 บรรทัด โดยจะได้รับ 8 ไบต์ในการประมวลผลแต่ละครั้ง รถบัสสั่งการ. เพื่อให้โปรเซสเซอร์ประมวลผลข้อมูลได้ จำเป็นต้องมีคำแนะนำ ต้องรู้ว่าต้องทำอย่างไรกับไบต์ที่จัดเก็บไว้ในรีจิสเตอร์ คำสั่งเหล่านี้ยังมาถึงโปรเซสเซอร์จาก RAM แต่ไม่ใช่จากพื้นที่ที่เก็บอาร์เรย์ข้อมูล แต่มาจากที่จัดเก็บโปรแกรม คำสั่งยังแสดงเป็นไบต์ คำสั่งที่ง่ายที่สุดจะพอดีกับหนึ่งไบต์ แต่ก็มีคำสั่งที่ต้องใช้ไบต์สองหรือสามหรือมากกว่านั้นด้วย อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.2 หน่วยประมวลผลกลาง โปรเซสเซอร์เชื่อมต่อกับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ส่วนที่เหลือ และโดยหลักแล้วเชื่อมต่อกับ RAM โดยกลุ่มตัวนำหลายกลุ่มที่เรียกว่าบัส มีรถบัสหลักสามสาย: บัสข้อมูล บัสที่อยู่ และบัสคำสั่ง
7 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
แรงดันไฟฟ้าในการทำงานของโปรเซสเซอร์นั้นมาจากมาเธอร์บอร์ด ดังนั้นโปรเซสเซอร์ยี่ห้อต่างๆ จึงสอดคล้องกับมาเธอร์บอร์ดที่แตกต่างกัน (ต้องเลือกร่วมกัน) โปรเซสเซอร์รุ่นก่อนๆ มี แรงดันไฟฟ้าปฏิบัติการ 5V และปัจจุบันน้อยกว่า 3V ความจุของโปรเซสเซอร์แสดงจำนวนบิตของข้อมูลที่สามารถรับและประมวลผลในรีจิสเตอร์ในแต่ละครั้ง (ในรอบสัญญาณนาฬิกาหนึ่งรอบ) โปรเซสเซอร์ตัวแรกเป็นแบบ 4 บิต โปรเซสเซอร์ใช้หลักการนาฬิกาเดียวกันกับนาฬิกาทั่วไป การดำเนินการของแต่ละคำสั่งจะใช้เวลาตามจำนวนรอบสัญญาณนาฬิกาที่กำหนด ในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล พัลส์นาฬิกาจะถูกตั้งค่าโดยหนึ่งในวงจรไมโครที่รวมอยู่ในชุดไมโครโปรเซสเซอร์ (ชิปเซ็ต) ที่อยู่บนเมนบอร์ด ยิ่งความถี่สัญญาณนาฬิกาเข้าสู่โปรเซสเซอร์สูงเท่าใด คำสั่งก็ยิ่งสามารถดำเนินการต่อหน่วยเวลาได้มากขึ้นเท่านั้น ประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น การแลกเปลี่ยนข้อมูลภายในโปรเซสเซอร์เกิดขึ้นเร็วกว่าการแลกเปลี่ยนกับอุปกรณ์อื่นๆ เช่น RAM หลายเท่า เพื่อลดจำนวนการเข้าถึง RAM พื้นที่บัฟเฟอร์จะถูกสร้างขึ้นภายในโปรเซสเซอร์ - ที่เรียกว่าหน่วยความจำแคช มันเหมือนกับ "ซุปเปอร์แรม" เมื่อโปรเซสเซอร์ต้องการข้อมูล โปรเซสเซอร์จะเข้าถึงหน่วยความจำแคชก่อน และเฉพาะในกรณีที่ไม่มีข้อมูลที่จำเป็นเท่านั้น จึงจะเข้าถึง RAM ของอุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.2 ได้ โปรเซสเซอร์กลาง พารามิเตอร์หลักของโปรเซสเซอร์คือ: แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน, ความลึกของบิต, ความถี่สัญญาณนาฬิกาในการทำงาน, ตัวคูณความถี่สัญญาณนาฬิกาภายใน และขนาดหน่วยความจำแคช
8 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
RAM มีสองประเภท - หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM - หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม) และหน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว (ROM - หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว) หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM) ใช้เพื่อจัดเก็บโปรแกรม ข้อมูล และผลการคำนวณขั้นกลางในขณะที่คอมพิวเตอร์กำลังทำงาน สามารถเลือกข้อมูลจากหน่วยความจำได้แบบสุ่ม แทนที่จะเลือกตามลำดับอย่างเคร่งครัด เช่น ในกรณีนี้ เมื่อทำงานกับเทปแม่เหล็ก อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.3 หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM - หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม) หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว (ROM) ใช้สำหรับตำแหน่งถาวร บางโปรแกรมเช่น โปรแกรม บูตสแตรปคอมพิวเตอร์ – ไบออส (ระบบอินพุต-เอาท์พุตพื้นฐาน – ระบบพื้นฐานฉัน/โอ) เนื้อหาของหน่วยความจำนี้ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในขณะที่คอมพิวเตอร์กำลังทำงาน RAM มีความผันผวนเช่น ข้อมูลจะถูกเก็บไว้ในนั้นจนกว่าพีซีจะถูกปิดเท่านั้น
สไลด์ 9
คำอธิบายสไลด์:
ต่างจากดิสก์ “ฟล็อปปี้ดิสก์” (ฟล็อปปี้ดิสก์) ข้อมูลในฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์จะถูกบันทึกลงบนแผ่นแข็ง (อะลูมิเนียมหรือกระจก) ที่เคลือบด้วยชั้นของวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า ในโหมดการทำงาน หัวอ่านจะไม่สัมผัสพื้นผิวของแผ่นเนื่องจากชั้นอากาศที่เกิดขึ้นระหว่างการหมุนอย่างรวดเร็วของดิสก์ อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.4 ฮาร์ดดิสฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ ฮาร์ดดิสก์ หรือฮาร์ดไดรฟ์ (ภาษาอังกฤษ Hard Disk Drive, HDD) - อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลคอมพิวเตอร์แบบไม่ลบเลือนและเขียนซ้ำได้
10 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
ฮาร์ดไดรฟ์ได้รับชื่อ "Winchester" ต้องขอบคุณ IBM ซึ่งในปี 1973 ได้เปิดตัวฮาร์ดไดรฟ์รุ่น 3340 ซึ่งเป็นครั้งแรกที่รวมดิสก์และหัวอ่านไว้ในตัวเครื่องชิ้นเดียว เมื่อพัฒนา วิศวกรใช้ชื่อภายในแบบสั้น "30-30" ซึ่งหมายถึงสองโมดูล (ในการกำหนดค่าสูงสุด) แต่ละโมดูลมีขนาด 30 MB Kenneth Houghton ผู้จัดการโครงการสอดคล้องกับการกำหนดปืนไรเฟิลล่าสัตว์ยอดนิยม "Winchester 30-30" เสนอให้เรียกแผ่นดิสก์นี้ว่า "Winchester" ในยุโรปและอเมริกา ชื่อ "วินเชสเตอร์" เลิกใช้ในปี 1990; ในคำสแลงคอมพิวเตอร์ของรัสเซีย ชื่อ "ฮาร์ดไดรฟ์" ยังคงอยู่ โดยย่อเป็นคำว่า "สกรู" อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.4 ฮาร์ดดิส
11 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
อินเทอร์เฟซเป็นวิธีที่ใช้ในการถ่ายโอนข้อมูล ไดรฟ์สมัยใหม่สามารถใช้อินเทอร์เฟซ ATA (IDE, EIDE), Serial ATA, SCSI, SAS, FireWire, USB และ Fibre Channel ความจุคือจำนวนข้อมูลที่ไดรฟ์สามารถจัดเก็บได้ ความจุของอุปกรณ์สมัยใหม่สามารถเข้าถึงได้สูงสุด 1.5 TB ฮาร์ดไดรฟ์ที่มีความจุ 80, 120, 200, 320 GB เป็นเรื่องปกติในพีซีในปัจจุบัน ตรงกันข้ามกับระบบคำนำหน้าที่ใช้ในวิทยาการคอมพิวเตอร์ซึ่งแสดงถึงผลคูณของ 1,024 (กิโล = 1,024) เมื่อกำหนดคอนเทนเนอร์ผู้ผลิต ฮาร์ดไดรฟ์มีการใช้ทวีคูณของ 1,000 ตัวอย่างเช่น ภาชนะ "ของจริง" ฮาร์ดไดรฟ์ซึ่งมีป้ายกำกับว่า "200 GB" คือ 186.2 GB ขนาดทางกายภาพ - ไดรฟ์สมัยใหม่เกือบทั้งหมดสำหรับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและเซิร์ฟเวอร์มีขนาด 3.5 หรือ 2.5 นิ้ว หลังนี้มักใช้ในแล็ปท็อปมากกว่า ความเร็วของสปินเดิลคือจำนวนรอบการหมุนของสปินเดิลต่อนาที เวลาในการเข้าถึงและความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์นี้ ปัจจุบันฮาร์ดไดรฟ์ผลิตขึ้นด้วยความเร็วในการหมุนมาตรฐานต่อไปนี้: 4200, 5400 และ 7200 (แล็ปท็อป), 7200 และ 10,000 (คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล), 10,000 และ 15,000 รอบต่อนาที (เซิร์ฟเวอร์และเวิร์กสเตชันประสิทธิภาพสูง) อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.4 ข้อมูลจำเพาะของฮาร์ดไดรฟ์
12 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
โดยปกติแล้วการ์ดแสดงผลจะเป็นการ์ดเอ็กซ์แพนชันและเสียบไว้ในสล็อตพิเศษ (ISA, VLB, PCI, AGP, PCI-Express) สำหรับการ์ดแสดงผลบนเมนบอร์ด แต่ก็สามารถติดตั้งในตัวได้เช่นกัน กราฟิกการ์ดสมัยใหม่ประกอบด้วยส่วนหลักดังต่อไปนี้: หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) - เกี่ยวข้องกับการคำนวณภาพที่ส่งออกซึ่งช่วยให้คุณไม่ต้องรับผิดชอบนี้ ซีพียูดำเนินการคำนวณเพื่อประมวลผลคำสั่ง กราฟิก 3 มิติ. กราฟิกการ์ด (หรือที่เรียกว่ากราฟิกการ์ด การ์ดวิดีโอ อะแดปเตอร์วิดีโอ) เป็นอุปกรณ์ที่แปลงรูปภาพที่เก็บไว้ในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ให้เป็นสัญญาณวิดีโอสำหรับจอภาพ อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.5 ตัวควบคุมวิดีโอการ์ดกราฟิก - รับผิดชอบในการสร้างภาพในหน่วยความจำวิดีโอ หน่วยความจำวิดีโอ - ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์สำหรับจัดเก็บรูปภาพในรูปแบบดิจิทัลเพื่อแสดงบนหน้าจอมอนิเตอร์ ตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก (DAC) - ใช้เพื่อแปลงรูปภาพที่สร้างโดยตัวควบคุมวิดีโอให้เป็นระดับความเข้มของสีที่จ่ายให้กับจอภาพแอนะล็อก
สไลด์ 13
คำอธิบายสไลด์:
บนเมนบอร์ด มีการติดตั้งการ์ดเสียงในช่อง ISA (รูปแบบเดิม) หรือ PCI (รูปแบบสมัยใหม่) เมื่อติดตั้งการ์ดเสียง พอร์ตต่างๆ จะปรากฏขึ้นที่แผงด้านหลังของเคสคอมพิวเตอร์สำหรับเชื่อมต่อลำโพง หูฟัง และไมโครโฟน อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.6 การ์ดเสียง การ์ดเสียง (เรียกอีกอย่างว่าการ์ดเสียงหรืออะแดปเตอร์เสียง) ใช้ในการบันทึกและเล่นไฟล์ต่างๆ สัญญาณเสียง: คำพูด ดนตรี เสียงประกอบ 1.7. การ์ดเครือข่าย การ์ดเครือข่าย (หรือเรียกอีกอย่างว่า การ์ดแลน, อะแดปเตอร์เครือข่าย, การ์ดอีเธอร์เน็ต, NIC (การ์ดอินเทอร์เฟซเครือข่ายภาษาอังกฤษ)) - แผงวงจรพิมพ์ที่ช่วยให้คอมพิวเตอร์โต้ตอบกันผ่านทาง เครือข่ายท้องถิ่น. โดยทั่วไปแล้ว การ์ดเครือข่ายจะมาเป็นอุปกรณ์แยกต่างหากและเสียบเข้าไปในสล็อตขยายของเมนบอร์ด (ส่วนใหญ่เป็น PCI รุ่นแรกๆ ใช้บัส ISA)
สไลด์ 14
คำอธิบายสไลด์:
โดยทั่วไปแล้ว ฟลอปปีดิสก์คือแผ่นพลาสติกยืดหยุ่นที่เคลือบด้วยชั้นเฟอร์โรแมกเนติก จึงมีชื่อภาษาอังกฤษว่า "ฟลอปปีดิสก์" แผ่นนี้วางอยู่ในเปลือกป้องกันที่ปกป้องชั้นแม่เหล็กจากความเสียหายทางกายภาพ เปลือกสามารถยืดหยุ่นหรือทนทานได้ ฟลอปปีดิสก์เขียนและอ่านโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ - ฟล็อปปี้ดิสก์ โดยทั่วไปฟล็อปปี้ดิสก์จะมีคุณลักษณะการป้องกันการเขียนที่อนุญาตให้เข้าถึงข้อมูลแบบอ่านอย่างเดียว อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.8 ฟล็อปปี้ดิสก์ 3.5 นิ้วเป็นสื่อบันทึกแม่เหล็กแบบพกพาที่ใช้สำหรับการบันทึกซ้ำและการจัดเก็บข้อมูลที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก ฟล็อปปี้ดิสก์แผ่นแรกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 200 มม. (8 นิ้ว) และความจุ 80 กิโลไบต์เปิดตัวโดย IBM ในปี พ.ศ. 2514 พ.ศ. 2524 โซนี่ออกจำหน่าย ฟล็อปปี้ดิสก์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 90 มม. (90 มม.) ออกสู่ตลาด เวอร์ชันต่อมามีความจุ 1,440 กิโลไบต์หรือ 1.40 เมกะไบต์ เป็นฟล็อปปี้ดิสก์ประเภทนี้ที่กลายมาเป็นมาตรฐานและยังคงเป็น ใช้วันนี้
15 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.9 พื้นที่เก็บข้อมูลคอมแพคดิสก์ ข้อมูลดิจิทัลจะแสดงบนซีดีโดยการสลับลักยิ้ม (จุดที่ไม่สะท้อนแสง) และเกาะที่สะท้อนแสง ซีดีมีแทร็กทางกายภาพเพียงแทร็กเดียวที่มีรูปร่างเป็นเกลียวต่อเนื่องตั้งแต่เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของแผ่นดิสก์ไปจนถึงเส้นผ่านศูนย์กลางด้านใน การอ่านข้อมูลจากซีดีเกิดขึ้นโดยใช้ลำแสงเลเซอร์ ซึ่งตกลงบนเกาะสะท้อนแสง และเบนไปยังเครื่องตรวจจับแสง ซึ่งแปลความหมายได้ว่า ไบนารีหนึ่ง. ลำแสงเลเซอร์ที่เข้าสู่โพรงจะกระจัดกระจายและดูดซับ: เครื่องตรวจจับแสงจะบันทึกค่าศูนย์ไบนารี อัตราการถ่ายโอนข้อมูลสำหรับไดรฟ์ถูกกำหนดโดยความเร็วในการหมุนของดิสก์ โดยทั่วไปจะมีการระบุเมื่อเปรียบเทียบกับมาตรฐาน Audio CD ซึ่งมีความเร็วในการอ่านข้อมูลประมาณ 150 KB/s เหล่านั้น. CDx2 หมายความว่าความเร็วในการแลกเปลี่ยนข้อมูลด้วยดิสก์ดังกล่าวจะสูงถึงสองเท่าที่ 150 KB/s ความเร็วสูงสุดความเร็วในการหมุนซีดีเกินความเร็วในการอ่านซีดีเพลงถึง 52 เท่า 52x150 KB/วินาที=7800 KB/วินาที ปัจจุบัน ไดรฟ์ที่มีความสามารถในการเขียนข้อมูลครั้งเดียว (CD-R) และเขียนใหม่ (CD-RW) มีให้บริการสำหรับผู้ใช้จำนวนมากแล้ว
16 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
อุปกรณ์ที่รวมอยู่ในยูนิตระบบ 1.10 ไดรฟ์ดีวีดี ดีวีดี(Digital Versatile Disc, Digital Multi-Purpose หรือ Universal, Disk) เป็นออปติคอลดิสก์ความจุสูงที่ใช้สำหรับจัดเก็บภาพยนตร์ ความยาวเต็ม เพลง คุณภาพสูง, โปรแกรมคอมพิวเตอร์. มีตัวเลือกดีวีดีหลายตัวที่มีความจุแตกต่างกัน: แบบด้านเดียวและสองด้าน, ชั้นเดียวและสองชั้น ดีวีดีชั้นเดียวด้านเดียวมีความจุข้อมูล 4.7 GB, สองชั้น - 8.5 GB; ชั้นเดียวสองด้านถือ 9.4 GB, ชั้นสอง - 17 GB ลำแสงเลเซอร์อยู่ในภาวะปกติ ไดรฟ์ซีดีรอมมีความยาวคลื่น 780 นาโนเมตรและในอุปกรณ์ดีวีดี - ตั้งแต่ 635 นาโนเมตรถึง 650 นาโนเมตรเนื่องจากความหนาแน่น บันทึกดีวีดีสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากการอ่านข้อมูลจาก DVD ด้วยความเร็วประมาณ 1.2 MB/s แล้ว ไดรฟ์ดีวีดีสามารถอ่านซีดีรอมปกติด้วยความเร็วประมาณเทียบเท่ากับไดรฟ์ซีดีรอมความเร็ว 8-10
18 สไลด์
คำอธิบายสไลด์:
เนื่องจากปัจจุบันคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย เราจะพิจารณาโครงสร้างการทำงานและโครงสร้างอย่างละเอียด
บล็อกพีซีพื้นฐานและวัตถุประสงค์
โครงร่างโครงสร้าง คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลแสดงในรูปที่. 3.13.
ข้าว. 3.13. แผนภาพบล็อกพีซี
ไมโครโปรเซสเซอร์
ไมโครโปรเซสเซอร์ ( MP) เป็นอุปกรณ์พีซีส่วนกลางที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมการทำงานของบล็อคเครื่องจักรทั้งหมด และดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะกับข้อมูล
ไมโครโปรเซสเซอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่าง
อุปกรณ์ควบคุม (CU): สร้างและจ่ายสัญญาณควบคุมบางอย่างให้กับบล็อกทั้งหมดของเครื่องจักรในเวลาที่เหมาะสม (พัลส์ควบคุม) ซึ่งกำหนดโดยลักษณะเฉพาะของการดำเนินการที่กำลังดำเนินการและผลลัพธ์ของการดำเนินการก่อนหน้า สร้างที่อยู่ของเซลล์หน่วยความจำที่ใช้โดยการดำเนินการที่ดำเนินการและส่งที่อยู่เหล่านี้ไปยังบล็อกที่เกี่ยวข้องของคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์ควบคุมได้รับลำดับอ้างอิงของพัลส์จากเครื่องกำเนิดพัลส์นาฬิกา
หน่วยเลขคณิต-ลอจิคัล (ALU): ออกแบบมาเพื่อดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะทั้งหมดกับข้อมูลตัวเลขและสัญลักษณ์ (ในพีซีบางรุ่น จะมีการเชื่อมต่อตัวประมวลผลร่วมทางคณิตศาสตร์เพิ่มเติมกับ ALU เพื่อเร่งการดำเนินการ ).
หน่วยความจำไมโครโปรเซสเซอร์ (MPM): ออกแบบมาเพื่อการจัดเก็บ การบันทึก และการส่งออกข้อมูลในระยะสั้นซึ่งใช้โดยตรงในรอบถัดไปของการทำงานของเครื่องจักร MPP สร้างขึ้นจากรีจิสเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องมีความเร็วสูง เนื่องจากหน่วยความจำหลัก (RAM) ไม่ได้ให้ความเร็วในการเขียน ค้นหา และอ่านข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของไมโครโปรเซสเซอร์ความเร็วสูงเสมอไป รีจิสเตอร์คือเซลล์หน่วยความจำความเร็วสูงที่มีความยาวหลากหลาย (ตรงกันข้ามกับเซลล์ OP ซึ่งมีความยาวมาตรฐาน 1 ไบต์และความเร็วต่ำกว่า)
ระบบอินเทอร์เฟซไมโครโปรเซสเซอร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อการจับคู่และการสื่อสารกับอุปกรณ์พีซีอื่นๆ ประกอบด้วยอินเทอร์เฟซ MP ภายใน รีจิสเตอร์หน่วยเก็บข้อมูลบัฟเฟอร์ และวงจรควบคุมสำหรับพอร์ตอินพุต/เอาต์พุต (I/O) และบัสระบบ
ดังนั้นอินเทอร์เฟซคือชุดของวิธีในการจับคู่และเชื่อมต่ออุปกรณ์คอมพิวเตอร์เพื่อให้มั่นใจว่ามีปฏิสัมพันธ์ที่มีประสิทธิภาพ
พอร์ต I/O - องค์ประกอบของอินเทอร์เฟซระบบพีซีซึ่ง MP แลกเปลี่ยนข้อมูลกับอุปกรณ์อื่น ๆ
เครื่องกำเนิดพัลส์นาฬิกาสร้างลำดับของพัลส์ไฟฟ้า ซึ่งความถี่จะกำหนดความถี่สัญญาณนาฬิกาของไมโครโปรเซสเซอร์ ช่วงเวลาระหว่างพัลส์ที่อยู่ติดกันจะกำหนดเวลาของหนึ่งรอบหรือเพียงแค่รอบของเครื่อง ความถี่ของเครื่องกำเนิดพัลส์นาฬิกาเป็นหนึ่งในคุณสมบัติหลักของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและส่วนใหญ่จะกำหนดความเร็วของการทำงานเนื่องจากการดำเนินการแต่ละครั้งในคอมพิวเตอร์จะดำเนินการในจำนวนรอบสัญญาณนาฬิกาที่แน่นอน
บัสระบบ
บัสระบบเป็นระบบอินเทอร์เฟซหลักของคอมพิวเตอร์ซึ่งรับประกันการเชื่อมต่อและการสื่อสารของอุปกรณ์ทั้งหมดระหว่างกัน บัสระบบประกอบด้วย:
code data bus (CDB) ที่มีสายไฟและวงจรเชื่อมต่อสำหรับการส่งบิตทั้งหมดของรหัสตัวเลข (คำเครื่อง) ของตัวถูกดำเนินการแบบขนาน
Address Code Bus (ACBA) ที่มีสายไฟและวงจรเชื่อมต่อสำหรับการส่งบิตทั้งหมดของรหัสที่อยู่ของเซลล์หน่วยความจำหลักหรือพอร์ตอินพุต/เอาท์พุตของอุปกรณ์ภายนอกแบบขนาน
บัสคำสั่งแบบเข้ารหัส (IBC) ประกอบด้วยสายไฟและวงจรอินเทอร์เฟซสำหรับการส่งสัญญาณคำสั่ง (สัญญาณควบคุม พัลส์) ไปยังบล็อคทั้งหมดของเครื่องจักร
พาวเวอร์บัสที่มีสายไฟและวงจรอินเทอร์เฟซสำหรับเชื่อมต่อยูนิตพีซีเข้ากับระบบจ่ายไฟ
บัสระบบมีการถ่ายโอนข้อมูลสามทิศทาง:
ระหว่างไมโครโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำหลัก
ระหว่างไมโครโปรเซสเซอร์และพอร์ตอินพุต/เอาท์พุตของอุปกรณ์ภายนอก
ระหว่างหน่วยความจำหลักและพอร์ต I/O ของอุปกรณ์ภายนอก (ในโหมดการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง)
บล็อกทั้งหมดหรือพอร์ต I/O เชื่อมต่อกับบัสในลักษณะเดียวกันผ่านตัวเชื่อมต่อแบบรวมที่สอดคล้องกัน (ข้อต่อ): โดยตรงหรือผ่านตัวควบคุม (อะแดปเตอร์) บัสระบบถูกควบคุมโดยไมโครโปรเซสเซอร์โดยตรงหรือบ่อยกว่านั้นผ่านชิปควบคุมเพิ่มเติม ยางสร้างสัญญาณควบคุมหลัก การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ภายนอกและบัสระบบดำเนินการโดยใช้รหัส ASCII
หน่วยความจำหลัก
หน่วยความจำหลัก (RAM) ได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดเก็บและแลกเปลี่ยนข้อมูลกับหน่วยอื่น ๆ ของเครื่องได้อย่างรวดเร็ว OP มีอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลสองประเภท: หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว (ROM) และหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM)
ROM (ROM - หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว) ได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดเก็บโปรแกรมที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ (ถาวร) และ ข้อมูลอ้างอิง; ช่วยให้คุณอ่านเฉพาะข้อมูลที่เก็บไว้ในนั้นได้อย่างรวดเร็ว (คุณไม่สามารถเปลี่ยนข้อมูลใน ROM)
RAM (RAM - หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม) ได้รับการออกแบบมาเพื่อการบันทึกออนไลน์ การจัดเก็บและการอ่านข้อมูล (โปรแกรมและข้อมูล) ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับข้อมูลและกระบวนการคำนวณที่ดำเนินการโดยพีซีในช่วงเวลาปัจจุบัน
ข้อได้เปรียบหลักของ RAM คือประสิทธิภาพสูงและความสามารถในการเข้าถึงเซลล์หน่วยความจำแต่ละเซลล์แยกกัน (การเข้าถึงที่อยู่โดยตรงไปยังเซลล์) เนื่องจากข้อเสียของ RAM ควรสังเกตว่าไม่สามารถบันทึกข้อมูลในนั้นได้หลังจากปิดเครื่อง (ขึ้นอยู่กับความผันผวน)
นอกจากหน่วยความจำหลักแล้ว เมนบอร์ดพีซียังมีหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือนอีกด้วย ซีมอส RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM) ซึ่งใช้พลังงานจากแบตเตอรี่อย่างต่อเนื่อง จะเก็บข้อมูลเกี่ยวกับการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์พีซี (เกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ทั้งหมดที่มีอยู่ในคอมพิวเตอร์) ซึ่งจะมีการตรวจสอบทุกครั้งที่เปิดระบบ
หน่วยความจำภายนอก
หน่วยความจำภายนอกหมายถึงอุปกรณ์พีซีภายนอก และใช้สำหรับจัดเก็บข้อมูลใดๆ ที่อาจจำเป็นต้องใช้ในการแก้ปัญหาในระยะยาว โดยเฉพาะซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ทั้งหมดจะถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำภายนอก หน่วยความจำภายนอกแสดงโดยอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลประเภทต่างๆ แต่อุปกรณ์ที่พบมากที่สุดซึ่งมีอยู่ในคอมพิวเตอร์เกือบทุกเครื่องคือฮาร์ดไดรฟ์ที่แสดงในแผนภาพบล็อก (ฮาร์ดดิส) และดิสก์แม่เหล็กแบบยืดหยุ่น (FLMD)
วัตถุประสงค์ของไดรฟ์เหล่านี้คือการจัดเก็บข้อมูลจำนวนมาก บันทึกและเผยแพร่ข้อมูลตามคำขอไปยังอุปกรณ์หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์และแฟลตดิสก์ไดรฟ์แตกต่างกันในด้านการออกแบบ ปริมาณข้อมูลที่จัดเก็บ และเวลาที่ใช้ในการค้นหา เขียน และอ่าน ออปติคัลดิสก์ไดรฟ์ (ซีดีรอม - หน่วยความจำคอมแพคดิสก์แบบอ่านอย่างเดียว) และอุปกรณ์จัดเก็บเทปแม่เหล็กคาสเซ็ตต์ (NCML, สตรีมเมอร์) มักถูกใช้เป็นอุปกรณ์หน่วยความจำภายนอกเช่นกัน
แหล่งจ่ายไฟ
แหล่งจ่ายไฟ - หน่วยที่มีระบบจ่ายไฟอัตโนมัติและเครือข่ายสำหรับพีซี
ตัวจับเวลา
ตั้งเวลา-ในเครื่อง นาฬิกาดิจิตอลแบบเรียลไทม์ หากจำเป็น ให้บันทึกช่วงเวลาปัจจุบันโดยอัตโนมัติ (ปี เดือน ชั่วโมง นาที วินาที และเศษส่วนของวินาที) ตัวจับเวลาเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานอัตโนมัติ - แบตเตอรี่และยังคงทำงานต่อไปเมื่อเครื่องถูกตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งจ่ายไฟ
อุปกรณ์ภายนอก
อุปกรณ์ภายนอก (ED) ของพีซีเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของคอมเพล็กซ์การประมวลผลใดๆ พอจะกล่าวได้ว่าต้นทุนของอุปกรณ์ภายนอกสูงถึง 80–85% ของต้นทุนของพีซีทั้งหมด
คอมพิวเตอร์พีซีช่วยให้มั่นใจถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างเครื่องกับสภาพแวดล้อม: ผู้ใช้ วัตถุควบคุม และคอมพิวเตอร์อื่นๆ
อุปกรณ์ภายนอกได้แก่:
อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลภายนอก (VRAM) หรือ หน่วยความจำภายนอกพีซี;
เครื่องมือโต้ตอบผู้ใช้
อุปกรณ์ป้อนข้อมูล
อุปกรณ์ส่งออกข้อมูล
วิธีการสื่อสารและโทรคมนาคม
เครื่องมือโต้ตอบผู้ใช้ประกอบด้วย:
จอภาพวิดีโอ (เทอร์มินัลวิดีโอ, จอแสดงผล ) - อุปกรณ์สำหรับแสดงข้อมูลอินพุตและเอาต์พุตจากพีซี
อุปกรณ์อินพุต-เอาท์พุตคำพูดกำลังพัฒนาเครื่องมือมัลติมีเดียอย่างรวดเร็ว เหล่านี้คือไมโครโฟนที่แตกต่างกัน ระบบอะคูสติก, “เมาส์เสียง” พร้อมซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อนที่ช่วยให้พวกมันจดจำตัวอักษรและคำพูดที่มนุษย์พูด ระบุและเข้ารหัสพวกมันได้ เครื่องสังเคราะห์เสียงที่แปลงรหัสดิจิทัลเป็นตัวอักษรและคำ ทำซ้ำผ่านลำโพง (ลำโพง) หรือลำโพงที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์
อุปกรณ์ป้อนข้อมูลประกอบด้วย:
แป้นพิมพ์ - อุปกรณ์สำหรับการป้อนข้อมูลตัวเลข ข้อความ และการควบคุมลงในพีซีด้วยตนเอง
แท็บเล็ตกราฟิก(ดิจิไทเซอร์) - อุปกรณ์สำหรับการป้อนข้อมูลด้วยตนเอง ข้อมูลกราฟิก, รูปภาพโดยการเลื่อนตัวชี้พิเศษ (ปากกา) ไปบนแท็บเล็ต เมื่อคุณย้ายปากกา พิกัดของตำแหน่งของปากกาจะถูกอ่านโดยอัตโนมัติ และพิกัดเหล่านี้จะถูกป้อนลงในพีซี
เครื่องสแกน (เครื่องอ่าน) - อุปกรณ์สำหรับการอ่านอัตโนมัติจากกระดาษและสื่อภาพยนตร์ และการป้อนข้อความที่พิมพ์ดีด กราฟ รูปภาพ ภาพวาดลงในพีซี
อุปกรณ์กำหนดเป้าหมาย (เครื่องมือจัดการกราฟิก) ออกแบบมาเพื่อป้อนข้อมูลกราฟิกลงบนหน้าจอโดยควบคุมการเคลื่อนไหวของเคอร์เซอร์ผ่านหน้าจอตามด้วยการเข้ารหัสพิกัดเคอร์เซอร์และป้อนลงในพีซี (จอยสติ๊ก - คันโยก, เมาส์, แทร็กบอล - บอล ในกรอบ ปากกาแสง ฯลฯ) d.);
หน้าจอสัมผัส- สำหรับการป้อนข้อมูล แต่ละองค์ประกอบภาพ โปรแกรม หรือคำสั่งจากหน้าจอแสดงผลในเครื่องพีซี
อุปกรณ์ส่งออกข้อมูลประกอบด้วย:
เครื่องพิมพ์ - อุปกรณ์การพิมพ์สำหรับบันทึกข้อมูลบนกระดาษหรือสื่อฟิล์ม
พล็อตเตอร์ (พล็อตเตอร์) - อุปกรณ์สำหรับส่งข้อมูลกราฟิก (กราฟ, ภาพวาด, ภาพวาด) จากพีซีลงบนกระดาษ
อุปกรณ์สื่อสารและโทรคมนาคมใช้ในการสื่อสารกับอุปกรณ์และอุปกรณ์อัตโนมัติอื่นๆ (อะแดปเตอร์อินเทอร์เฟซ อะแดปเตอร์ ตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อกและแอนะล็อกเป็นดิจิทัล ฯลฯ) และเพื่อเชื่อมต่อพีซีเข้ากับช่องทางการสื่อสาร กับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นและเครือข่ายคอมพิวเตอร์ (บอร์ดและการ์ดอินเทอร์เฟซเครือข่าย - อะแดปเตอร์เครือข่าย "ข้อต่อ" มัลติเพล็กเซอร์การส่งข้อมูล โมเด็ม - โมดูเลเตอร์/ดีโมดูเลเตอร์)
โดยเฉพาะดังแสดงในรูปที่. 4.1 อะแดปเตอร์เครือข่าย หมายถึง อินเทอร์เฟซภายนอกของพีซี และใช้เพื่อเชื่อมต่อกับช่องทางการสื่อสารเพื่อวัตถุประสงค์ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลกับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นเมื่อทำงานเป็นส่วนหนึ่งของ เครือข่ายคอมพิวเตอร์. เช่น อะแดปเตอร์เครือข่ายส่วนใหญ่มักใช้โมเด็ม
อุปกรณ์จำนวนมากที่กล่าวถึงข้างต้นอยู่ในกลุ่มเครื่องมือมัลติมีเดียที่กำหนดตามเงื่อนไข
มัลติมีเดีย (มัลติมีเดีย มัลติมีเดีย) เป็นกลุ่มที่ซับซ้อนของฮาร์ดแวร์และ ซอฟต์แวร์ช่วยให้บุคคลสามารถสื่อสารกับคอมพิวเตอร์โดยใช้สภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่หลากหลาย เช่น เสียง วิดีโอ กราฟิก ข้อความ แอนิเมชั่น ฯลฯ มัลติมีเดียรวมถึงอุปกรณ์อินพุตคำพูดและอุปกรณ์เอาท์พุตคำพูด ไมโครโฟนและกล้องวิดีโอ ระบบเล่นเสียงและวิดีโอพร้อมเครื่องขยายเสียง ลำโพงเสียง, หน้าจอวิดีโอขนาดใหญ่ อะแดปเตอร์เสียงและวิดีโอ การ์ดจับภาพวิดีโอที่จับภาพจาก VCR หรือกล้องวิดีโอและป้อนข้อมูลลงในพีซี สแกนเนอร์ที่แพร่หลายอยู่แล้วซึ่งอนุญาตให้คุณป้อนข้อความและภาพวาดที่พิมพ์ลงในคอมพิวเตอร์โดยอัตโนมัติ ในที่สุด อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลความจุสูงภายนอกบนออปติคัลดิสก์ มักใช้เพื่อบันทึกข้อมูลเสียงและวิดีโอ
มาดูการออกแบบคอมพิวเตอร์โดยใช้ตัวอย่างระบบคอมพิวเตอร์ทั่วไปนั่นคือคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (PC) เรียกได้ว่ามีราคาไม่แพงนัก ไมโครคอมพิวเตอร์สากลออกแบบมาสำหรับผู้ใช้คนเดียว โดยปกติแล้วคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลจะได้รับการออกแบบตามหลักการของสถาปัตยกรรมแบบเปิด
หลักการของสถาปัตยกรรมแบบเปิดมีดังนี้:
· เฉพาะคำอธิบายหลักการทำงานของคอมพิวเตอร์และการกำหนดค่า (ชุดฮาร์ดแวร์บางชุดและการเชื่อมต่อระหว่างกัน) เท่านั้นที่ได้รับการควบคุมและเป็นมาตรฐาน ดังนั้นจึงสามารถประกอบคอมพิวเตอร์ได้จากส่วนประกอบแต่ละชิ้นและชิ้นส่วนที่ออกแบบและผลิตโดยผู้ผลิตอิสระ
· คอมพิวเตอร์สามารถขยายและอัปเกรดได้ง่ายเนื่องจากมีสล็อตขยายภายในที่ผู้ใช้สามารถเสียบอุปกรณ์ต่างๆ ที่ตรงตามมาตรฐานที่กำหนดได้ และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดค่าเครื่องตามความต้องการส่วนบุคคล
แผนภาพบล็อกแบบง่ายที่แสดงส่วนประกอบการทำงานหลักของระบบคอมพิวเตอร์ในความสัมพันธ์กัน (รูปที่ 8.6)
รูปที่ 9.6 – โครงสร้างทั่วไปของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่มีอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เชื่อมต่ออยู่
รูปที่ 9.7 – บล็อกไดอะแกรมของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล
มาวิเคราะห์วัตถุประสงค์การทำงานของส่วนประกอบหลักกัน
ไมโครโปรเซสเซอร์ (ส.ส.) นี่คือหน่วยกลางของพีซีที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมการทำงานของบล็อกทั้งหมดของเครื่องและดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะกับข้อมูล
ไมโครโปรเซสเซอร์ประกอบด้วย:
· อุปกรณ์ควบคุม(CU) - สร้างและส่งสัญญาณควบคุมบางอย่าง (พัลส์ควบคุม) ไปยังบล็อคทั้งหมดของเครื่องในเวลาที่เหมาะสม อุปกรณ์ควบคุมได้รับลำดับอ้างอิงของพัลส์จากเครื่องกำเนิดพัลส์นาฬิกา
· หน่วยตรรกะทางคณิตศาสตร์(ALU) - ออกแบบมาเพื่อดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะทั้งหมดกับข้อมูลตัวเลขและสัญลักษณ์ (ในพีซีบางรุ่นตัวประมวลผลร่วมทางคณิตศาสตร์เพิ่มเติมจะเชื่อมต่อกับ ALU เพื่อเร่งการดำเนินการ)
· หน่วยความจำไมโครโปรเซสเซอร์(MPP) - ทำหน้าที่จัดเก็บ บันทึก และส่งออกข้อมูลโดยตรงเพื่อใช้ในการคำนวณในรอบการทำงานของเครื่องจักรถัดไป (MPP สร้างขึ้นจากรีจิสเตอร์และใช้เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องมีความเร็วสูง เนื่องจากหน่วยความจำหลัก (RAM) ไม่ได้ให้ความเร็วในการเขียน ค้นหา และอ่านข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการทำงานที่มีประสิทธิภาพของไมโครโปรเซสเซอร์ความเร็วสูงเสมอไป )
ระบบอินเตอร์เฟซไมโครโปรเซสเซอร์- ใช้การจับคู่และการสื่อสารกับอุปกรณ์พีซีอื่น ๆ ประกอบด้วยอินเทอร์เฟซ MP ภายใน รีจิสเตอร์หน่วยเก็บข้อมูลบัฟเฟอร์ และวงจรควบคุมสำหรับพอร์ตอินพุต/เอาต์พุต (I/O) และบัสระบบ อินเตอร์เฟซเป็นวิธีการจับคู่อุปกรณ์สองเครื่องโดยที่พารามิเตอร์ทางกายภาพและตรรกะทั้งหมดสอดคล้องกัน หากอินเทอร์เฟซได้รับการยอมรับโดยทั่วไปเช่นได้รับการอนุมัติในระดับข้อตกลงระหว่างประเทศจะเรียกว่ามาตรฐาน
เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา . สร้างลำดับของแรงกระตุ้นทางไฟฟ้า ความถี่ของพัลส์ที่สร้างขึ้นจะกำหนดความถี่สัญญาณนาฬิกาของเครื่องซึ่งเป็นหนึ่งในคุณสมบัติหลักของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและส่วนใหญ่จะกำหนดความเร็วของการทำงานเนื่องจากการดำเนินการแต่ละครั้งในเครื่องจะดำเนินการตามจำนวนรอบสัญญาณนาฬิกาที่แน่นอน : :
บัสระบบ . นี่คือระบบอินเทอร์เฟซหลักของคอมพิวเตอร์ซึ่งรับประกันการจับคู่และการสื่อสารของอุปกรณ์ทั้งหมดระหว่างกัน บัสระบบประกอบด้วย:
1. รหัสบัสข้อมูล (CDB);
2. บัสรหัสที่อยู่ (ACBA);
3. รหัสคำสั่งบัส (IBC);
4. พาวเวอร์บัส
บัสระบบมีการถ่ายโอนข้อมูลสามทิศทาง:
ระหว่างไมโครโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำหลัก
· ระหว่างไมโครโปรเซสเซอร์และพอร์ตอินพุต/เอาท์พุตของอุปกรณ์ภายนอก
· ระหว่างหน่วยความจำหลักและพอร์ต I/O ของอุปกรณ์ภายนอก (ในโหมดการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง)
หน่วยความจำหลัก (สหกรณ์). ออกแบบมาเพื่อจัดเก็บและแลกเปลี่ยนข้อมูลกับหน่วยอื่น ๆ ของเครื่องได้ทันที OP มีอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลสองประเภท: หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว (ROM) และหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM)
รอมทำหน้าที่จัดเก็บโปรแกรมและข้อมูลอ้างอิงที่ไม่เปลี่ยนแปลง (ถาวร) และช่วยให้คุณอ่านเฉพาะข้อมูลที่เก็บไว้ในนั้นได้อย่างรวดเร็ว (ข้อมูลใน ROM ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้)
แกะออกแบบมาสำหรับการบันทึกออนไลน์ การจัดเก็บและการอ่านข้อมูล (โปรแกรมและข้อมูล) ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับข้อมูลและกระบวนการคำนวณที่ดำเนินการโดยพีซีในช่วงเวลาปัจจุบัน
หน่วยความจำภายนอก . หมายถึงอุปกรณ์พีซีภายนอกและใช้สำหรับจัดเก็บข้อมูลใดๆ ในระยะยาว โดยเฉพาะซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ทั้งหมดจะถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำภายนอก หน่วยความจำภายนอกประกอบด้วยอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลหลายประเภท โดยประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ (HDD) และฟล็อปปี้ดิสก์ไดรฟ์ (FLMD)
วัตถุประสงค์ของไดรฟ์เหล่านี้คือการจัดเก็บข้อมูลจำนวนมาก
แหล่งจ่ายไฟ . นี่คือบล็อกที่มีระบบจ่ายไฟอัตโนมัติและเครือข่ายสำหรับพีซี
ตัวจับเวลา . นี่คือนาฬิกาอิเล็กทรอนิกส์ในเครื่องจักรที่ให้การบันทึกช่วงเวลาปัจจุบันโดยอัตโนมัติ (ปี เดือน ชั่วโมง นาที วินาที และเศษส่วนของวินาที) โดยอัตโนมัติ ตัวจับเวลาเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานอัตโนมัติ - แบตเตอรี่และยังคงทำงานต่อไปเมื่อเครื่องถูกตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่าย
อุปกรณ์ภายนอก (วู). ตามวัตถุประสงค์สามารถแยกแยะอุปกรณ์ประเภทต่อไปนี้ได้:
· อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลภายนอก (SSD) หรือหน่วยความจำพีซีภายนอก
· เครื่องมือโต้ตอบผู้ใช้
· อุปกรณ์ป้อนข้อมูล;
· อุปกรณ์ส่งออกข้อมูล
· วิธีการสื่อสารและโทรคมนาคม
เครื่องมือโต้ตอบของผู้ใช้ ได้แก่ จอภาพวิดีโอ (จอแสดงผล) เครื่องพิมพ์ดีดควบคุมระยะไกล (เครื่องพิมพ์พร้อมแป้นพิมพ์) และอุปกรณ์อินพุต / เอาท์พุตคำพูด
อุปกรณ์ป้อนข้อมูลประกอบด้วย:
· แป้นพิมพ์
· แท็บเล็ตกราฟิก (ดิจิไทเซอร์) - สำหรับการป้อนข้อมูลกราฟิกและรูปภาพด้วยตนเองโดยการเลื่อนตัวชี้พิเศษ (ปากกา) ไปทั่วแท็บเล็ต เมื่อคุณย้ายปากกา พิกัดของตำแหน่งของปากกาจะถูกอ่านโดยอัตโนมัติ และพิกัดเหล่านี้จะถูกป้อนลงในพีซี
· เครื่องสแกน;
· หุ่นยนต์ (อุปกรณ์ชี้ตำแหน่ง): จอยสติ๊ก - คันโยก, เมาส์, แทร็กบอล - บอลในกรอบ, ปากกาแสง ฯลฯ - สำหรับการป้อนข้อมูลกราฟิกลงบนหน้าจอแสดงผลโดยควบคุมการเคลื่อนที่ของเคอร์เซอร์ผ่านหน้าจอ ตามด้วยการเข้ารหัสเคอร์เซอร์ พิกัดและป้อนลงในพีซี
· หน้าจอสัมผัส - สำหรับการป้อนองค์ประกอบภาพ โปรแกรม หรือคำสั่งจากการแสดงผลแบบแยกหน้าจอลงในพีซี
อุปกรณ์ส่งออกข้อมูลประกอบด้วย:
· เครื่องพิมพ์
พล็อตเตอร์ (พล็อตเตอร์)
ในการประสานอินเทอร์เฟซ อุปกรณ์ต่อพ่วงจะเชื่อมต่อกับบัสไม่ได้โดยตรง แต่ผ่านตัวควบคุม (อะแดปเตอร์) และพอร์ตตามโครงร่างนี้โดยประมาณ (รูปที่ 8.8)
รูปที่ 9.8 – แผนภาพการเชื่อมต่อสำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วง
คอนโทรลเลอร์และอะแดปเตอร์คือชุดของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่จ่ายให้กับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์เพื่อความเข้ากันได้ของอินเทอร์เฟซ นอกจากนี้ คอนโทรลเลอร์ยังควบคุมอุปกรณ์ต่อพ่วงโดยตรงตามคำขอของไมโครโปรเซสเซอร์
พอร์ตอุปกรณ์คือวงจรอิเล็กทรอนิกส์บางชนิดที่มีรีจิสเตอร์อินพุต/เอาท์พุตตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป และอนุญาตให้คุณเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์กับบัสภายนอกของไมโครโปรเซสเซอร์ พอร์ตเรียกอีกอย่างว่าอุปกรณ์อินเทอร์เฟซมาตรฐาน: พอร์ตอนุกรม พอร์ตขนาน และพอร์ตเกม (หรืออินเทอร์เฟซ)
พอร์ตอนุกรม แลกเปลี่ยนข้อมูลกับโปรเซสเซอร์ทีละไบต์และกับอุปกรณ์ภายนอก - ทีละบิต พอร์ตขนานรับและส่งข้อมูลแบบไบต์ต่อไบต์ โดยปกติแล้วพอร์ตอนุกรมจะใช้เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่ช้าหรือค่อนข้างระยะไกล เช่น เมาส์และโมเด็ม อุปกรณ์ที่เร็วกว่า เช่น เครื่องพิมพ์และสแกนเนอร์จะเชื่อมต่อกับพอร์ตขนาน จอยสติ๊กเชื่อมต่อผ่านพอร์ตเกม แป้นพิมพ์และจอภาพเชื่อมต่อกับพอร์ตเฉพาะของตัวเองซึ่งเป็นเพียงตัวเชื่อมต่อ
แผนการเพิ่มเติม . พร้อมด้วยอุปกรณ์ภายนอกมาตรฐานบางบอร์ดเพิ่มเติมด้วย วงจรรวมขยายและปรับปรุง ฟังก์ชั่นไมโครโปรเซสเซอร์: ตัวประมวลผลร่วมทางคณิตศาสตร์, ตัวควบคุมการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง, ตัวประมวลผลร่วมอินพุต/เอาท์พุต, ตัวควบคุมการขัดจังหวะ ฯลฯ
3. การบรรยาย. สถาปัตยกรรมของคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงสมัยใหม่ โครงสร้างการทำงานของคอมพิวเตอร์ แนวคิดการดำเนินงานขั้นพื้นฐาน คอมพิวเตอร์ซอฟแวร์. พื้นฐานของอัลกอริทึม
อุปกรณ์อินพุต
บล็อกหน่วยความจำ
หน่วยลอจิกเลขคณิต
บล็อกเอาท์พุต
บล็อกควบคุม
แนวคิดการดำเนินงานขั้นพื้นฐาน
โครงสร้างรถบัส
ซอฟต์แวร์
ขั้นตอนการเตรียมและแก้ไขปัญหาบนคอมพิวเตอร์
อัลกอริทึมและวิธีการอธิบาย
โครงสร้างการทำงานของคอมพิวเตอร์
ดังต่อไปนี้จากรูป 3.1 คอมพิวเตอร์ประกอบด้วยห้าส่วนหลักที่เป็นอิสระตามหน้าที่:
อุปกรณ์อินพุต
อุปกรณ์หน่วยความจำ,
หน่วยลอจิกเลขคณิต
อุปกรณ์ส่งออกและ
อุปกรณ์ควบคุม
อุปกรณ์อินพุตได้รับข้อมูลที่เข้ารหัสผ่านสายสื่อสารดิจิทัลจากผู้ปฏิบัติงาน อุปกรณ์ไฟฟ้าเครื่องกล เช่น แป้นพิมพ์ หรือจากคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นบนเครือข่าย ข้อมูลที่ได้รับจะถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์เพื่อใช้ในภายหลังหรือถูกใช้ทันทีโดยวงจรทางคณิตศาสตร์และลอจิคัลเพื่อดำเนินการที่จำเป็น ลำดับขั้นตอนการประมวลผลถูกกำหนดโดยโปรแกรมที่เก็บไว้ในหน่วยความจำ ผลลัพธ์ที่ได้จะถูกส่งกลับไปยังโลกภายนอกผ่านอุปกรณ์เอาท์พุต การดำเนินการทั้งหมดนี้ได้รับการประสานงานโดยชุดควบคุม ในรูป 3.1. การเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ที่ใช้งานได้นั้นไม่ได้ตั้งใจแสดง สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าการเชื่อมต่อดังกล่าวสามารถนำไปใช้ได้หลายวิธี คุณจะเข้าใจได้อย่างไรในภายหลัง เลขคณิตและ ตรรกะร่วมกับวงจรควบคุมหลักเรียกว่าโปรเซสเซอร์ และอุปกรณ์อินพุตและเอาต์พุตทั้งหมดที่นำมารวมกันมักเรียกว่าหน่วยอินพุต-เอาต์พุต
ตอนนี้เรามาดูข้อมูลที่ประมวลผลด้วยคอมพิวเตอร์กันดีกว่า สะดวกในการแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: คำสั่งและข้อมูล คำสั่งหรือคำสั่งเครื่องได้รับคำสั่งอย่างชัดเจนว่า:
พวกเขาควบคุมการถ่ายโอนข้อมูลภายในคอมพิวเตอร์ตลอดจนระหว่างคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต
กำหนดการดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะที่จะดำเนินการ
รายการคำสั่งที่ทำงานบางอย่างเรียกว่าโปรแกรม โดยทั่วไปโปรแกรมจะถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำ โปรเซสเซอร์จะผลัดกันดึงคำสั่งโปรแกรมจากหน่วยความจำและดำเนินการตามที่กำหนดไว้ คอมพิวเตอร์ถูกควบคุมโดยโปรแกรมที่เก็บไว้อย่างสมบูรณ์ ยกเว้นความเป็นไปได้ที่ผู้ปฏิบัติงานจะเข้ามาแทรกแซงจากภายนอกและอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุตที่เชื่อมต่อกับเครื่องจักร
ข้อมูลคือตัวเลขและอักขระที่เข้ารหัสซึ่งใช้เป็นตัวถูกดำเนินการของคำสั่ง อย่างไรก็ตาม คำว่า "ข้อมูล" มักใช้เพื่ออ้างถึงข้อมูลดิจิทัลใดๆ ตามคำจำกัดความนี้ ตัวโปรแกรมเอง (นั่นคือ รายการคำสั่ง) ก็สามารถถือเป็นข้อมูลได้เช่นกัน หากถูกประมวลผลโดยโปรแกรมอื่น ตัวอย่างของการประมวลผลโดยโปรแกรมหนึ่งไปยังอีกโปรแกรมหนึ่งคือการคอมไพล์โปรแกรมต้นทางที่เขียนด้วยภาษาระดับสูงลงในรายการคำสั่งเครื่องที่ประกอบขึ้นเป็นโปรแกรมภาษาเครื่องที่เรียกว่าโปรแกรมอ็อบเจ็กต์ โปรแกรมต้นฉบับถูกป้อนเข้าสู่คอมไพเลอร์ ซึ่งแปลเป็นโปรแกรมภาษาเครื่อง
ข้าว. 3.1. ขั้นพื้นฐาน อุปกรณ์การทำงานคอมพิวเตอร์
ข้อมูลที่ตั้งใจให้คอมพิวเตอร์ประมวลผลจะต้องได้รับการเข้ารหัสให้อยู่ในรูปแบบที่เหมาะสมสำหรับคอมพิวเตอร์ ฮาร์ดแวร์สมัยใหม่ส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจาก วงจรดิจิตอลซึ่งมีสถานะเสถียรเพียงสองสถานะ คือ เปิดและปิด (ดูการบรรยายที่ 2) การเข้ารหัสจะแปลงตัวเลข สัญลักษณ์ หรือคำสั่งใดๆ ให้เป็นสตริงของเลขฐานสองที่เรียกว่าบิต ซึ่งแต่ละค่าจะมีหนึ่งในสองค่าที่เป็นไปได้: 0 หรือ 1 ในการแสดงตัวเลข (ดังที่คุณเห็นในบทที่ 4) สัญกรณ์ไบนารี่ตำแหน่งคือ ใช้กันทั่วไป บางครั้งมีการใช้รูปแบบ Binary-Coded Decimal (BCD) ซึ่งแต่ละหลักทศนิยมจะถูกเข้ารหัสแยกกันโดยใช้สี่บิต
ตัวอักษรและตัวเลขยังแสดงโดยใช้รหัสไบนารี่ มีการพัฒนาแผนการเข้ารหัสที่แตกต่างกันหลายประการสำหรับพวกเขา รูปแบบที่พบบ่อยที่สุดคือ ASCII (รหัส American Standard สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูล) รหัสมาตรฐานสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูล) โดยที่อักขระแต่ละตัวจะแสดงด้วยโค้ด 7 บิต และ EBCDIC (Extensed Binary Coded Decimal Interchange Code) ซึ่งใช้ 8 บิตในการเข้ารหัสอักขระ
3.1.1. อุปกรณ์อินพุต
คอมพิวเตอร์ได้รับข้อมูลที่เข้ารหัสผ่านอุปกรณ์อินพุตซึ่งมีหน้าที่อ่านข้อมูล อุปกรณ์ป้อนข้อมูลที่พบบ่อยที่สุดคือแป้นพิมพ์ เมื่อผู้ใช้กดปุ่ม ตัวอักษรหรือตัวเลขที่เกี่ยวข้องจะถูกแปลงเป็นรหัสไบนารี่เฉพาะโดยอัตโนมัติ และส่งผ่านสายเคเบิลไปยังหน่วยความจำหรือโปรเซสเซอร์
มีอุปกรณ์อินพุตอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง รวมถึงจอยสติ๊ก แทร็กบอล และเมาส์ ใช้ร่วมกับจอแสดงผลเป็นอุปกรณ์อินพุตกราฟิก สามารถใช้ไมโครโฟนเพื่อป้อนข้อมูลเสียงได้ การสั่นสะเทือนของเสียงที่พวกเขารับรู้จะถูกวัดและแปลงเป็นรหัสดิจิทัลสำหรับจัดเก็บและประมวลผล
3.1.2. บล็อกหน่วยความจำ
วัตถุประสงค์ของบล็อกหน่วยความจำคือเพื่อจัดเก็บโปรแกรมและข้อมูล อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลมีสองประเภท ได้แก่ อุปกรณ์หลักและรอง ที่เก็บข้อมูลหลักคือหน่วยความจำที่ประสิทธิภาพถูกกำหนดโดยความเร็วของการทำงาน วงจรอิเล็กทรอนิกส์. ขณะที่โปรแกรมกำลังทำงานจะต้องจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำหลัก หน่วยความจำนี้ประกอบด้วยเซลล์เซมิคอนดักเตอร์จำนวนมาก ซึ่งแต่ละเซลล์สามารถเก็บข้อมูลได้หนึ่งบิต เซลล์ต่างๆ ไม่ค่อยถูกอ่านแยกกัน โดยปกติแล้วเซลล์เหล่านั้นจะถูกประมวลผลในกลุ่มขนาดคงที่ที่เรียกว่าคำ หน่วยความจำได้รับการจัดระเบียบเพื่อให้สามารถเขียนหรืออ่านเนื้อหาของคำเดียวที่มี n บิตได้ในการดำเนินการพื้นฐานครั้งเดียว
เพื่ออำนวยความสะดวกในการเข้าถึงคำในหน่วยความจำ แต่ละคำจะเชื่อมโยงกับที่อยู่แยกต่างหาก ที่อยู่คือตัวเลขที่ระบุตำแหน่งเฉพาะของคำในหน่วยความจำ หากต้องการอ่านคำจากหน่วยความจำหรือเขียนลงในคำนั้น คุณต้องระบุที่อยู่และระบุคำสั่งควบคุมที่จะเริ่มการดำเนินการที่เกี่ยวข้อง
จำนวนบิตในแต่ละคำมักเรียกว่าความยาวของคำของเครื่อง โดยทั่วไปคำจะมีความยาวระหว่าง 16 ถึง 64 บิต ปัจจัยหนึ่งที่บ่งบอกถึงคลาสของคอมพิวเตอร์คือความจุหน่วยความจำ โดยทั่วไปแล้วเครื่องจักรขนาดเล็กสามารถจัดเก็บคำศัพท์ได้เพียงไม่กี่สิบล้านคำ ในขณะที่เครื่องจักรขนาดกลางและขนาดใหญ่สามารถจัดเก็บคำศัพท์ได้ตั้งแต่หลายร้อยล้านถึงพันล้านคำ หน่วยทั่วไปสำหรับการวัดปริมาณข้อมูลที่เครื่องสามารถประมวลผลได้คือคำ คำหลายคำ หรือส่วนของคำ โดยทั่วไปแล้ว จะมีการอ่านหรือเขียนเพียงคำเดียวระหว่างการเข้าถึงหน่วยความจำเดียว
โปรแกรมจะต้องยังคงอยู่ในหน่วยความจำระหว่างการดำเนินการ คำแนะนำและข้อมูลจะต้องเขียนและอ่านจากหน่วยความจำภายใต้การควบคุมของโปรเซสเซอร์ ความสามารถในการเข้าถึงคำในความทรงจำได้อย่างรวดเร็วเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง หน่วยความจำซึ่งสามารถเข้าถึงจุดใดก็ได้ในเวลาอันสั้นและคงที่ เรียกว่าหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (Random-Access Memory, RAM) เวลาที่ต้องใช้ในการเข้าถึงคำหนึ่งคำเรียกว่าเวลาในการเข้าถึงหน่วยความจำ เวลานี้เหมือนเดิมเสมอไม่ว่าคำที่ต้องการจะอยู่ที่ไหนก็ตาม เวลาในการเข้าถึงหน่วยความจำในยุคปัจจุบัน อุปกรณ์แรมช่วงตั้งแต่ไม่กี่นาโนวินาทีถึง 100 หน่วยความจำคอมพิวเตอร์มักเป็นโครงสร้างแบบลำดับชั้นที่ประกอบด้วยองค์ประกอบ RAM เซมิคอนดักเตอร์สามหรือสี่ระดับที่มีความเร็วและขนาดต่างกัน หน่วยความจำ RAM ประเภทที่เร็วที่สุดคือหน่วยความจำแคช (หรือเพียงแค่แคช) เชื่อมต่อโดยตรงกับโปรเซสเซอร์และมักจะอยู่บนชิปรวมตัวเดียวกัน ทำให้โปรเซสเซอร์เร็วขึ้นมาก หน่วยความจำที่มีความจุมากกว่าแต่ช้ากว่าเรียกว่าหน่วยความจำหลัก ต่อมาในการบรรยายนี้ มีการอธิบายกระบวนการเข้าถึงข้อมูลในหน่วยความจำโดยละเอียด และต่อมาเราจะดูรายละเอียดเกี่ยวกับหลักการทำงานและประเด็นด้านประสิทธิภาพ
อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลหลักเป็นส่วนประกอบที่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับคอมพิวเตอร์ แต่มีราคาค่อนข้างแพง ดังนั้น คอมพิวเตอร์จึงมีอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลรองเพิ่มเติมที่ราคาถูกกว่า ซึ่งใช้เพื่อจัดเก็บข้อมูลจำนวนมากและโปรแกรมจำนวนมาก ปัจจุบันมีอุปกรณ์ดังกล่าวค่อนข้างมาก แต่แพร่หลายที่สุด ดิสก์แม่เหล็ก, เทปแม่เหล็กและออปติคอลดิสก์ (ซีดีรอม)
3.1.3. หน่วยลอจิกเลขคณิต
การทำงานของคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ดำเนินการในหน่วยตรรกะทางคณิตศาสตร์ (ALU) ของโปรเซสเซอร์ ลองดูตัวอย่างทั่วไป สมมติว่าเราต้องบวกตัวเลขสองตัวในหน่วยความจำ หมายเลขเหล่านี้จะถูกส่งไปยังโปรเซสเซอร์ โดยที่ ALU ดำเนินการบวก จำนวนผลลัพธ์สามารถเก็บไว้ในหน่วยความจำหรือทิ้งไว้ในโปรเซสเซอร์เพื่อใช้งานได้ทันที
การดำเนินการทางคณิตศาสตร์หรือตรรกะอื่นๆ รวมถึงการคูณ การหาร และการเปรียบเทียบตัวเลข จะเริ่มต้นด้วยการส่งตัวเลขเหล่านั้นไปยังโปรเซสเซอร์ โดยที่ ALU จะต้องดำเนินการที่สอดคล้องกัน เมื่อตัวถูกดำเนินการถูกถ่ายโอนไปยังโปรเซสเซอร์ ตัวถูกดำเนินการจะถูกจัดเก็บไว้ในองค์ประกอบหน่วยความจำความเร็วสูงที่เรียกว่ารีจิสเตอร์ แต่ละรีจิสเตอร์สามารถจัดเก็บข้อมูลได้หนึ่งคำ เวลาในการเข้าถึงการลงทะเบียนตัวประมวลผลยังน้อยกว่าเวลาในการเข้าถึงหน่วยความจำแคชที่เร็วที่สุดด้วยซ้ำ
อุปกรณ์ควบคุมและตรรกะทางคณิตศาสตร์ทำงานเร็วกว่าอุปกรณ์อื่นๆ ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับระบบคอมพิวเตอร์หลายเท่า ซึ่งช่วยให้โปรเซสเซอร์ตัวเดียวสามารถควบคุมอุปกรณ์ภายนอกได้หลายอย่าง เช่น คีย์บอร์ด จอแสดงผล ดิสก์แม่เหล็กและออปติคัล เซ็นเซอร์ และการควบคุมทางกลไก
3.1.4. บล็อกเอาท์พุต
ฟังก์ชั่นของบล็อกเอาท์พุตอยู่ตรงข้ามกับบล็อกอินพุต: มันจะส่งผลการประมวลผลไปยังโลกภายนอกที่เรียกว่า ตัวอย่างทั่วไปของอุปกรณ์เอาท์พุตคือเครื่องพิมพ์ ในการพิมพ์ เครื่องพิมพ์จะใช้กลไกการกระแทก หัวอิงค์เจ็ท หรือเทคโนโลยีการถ่ายเอกสาร เช่น เครื่องพิมพ์เลเซอร์. มีเครื่องพิมพ์ที่สามารถพิมพ์ได้ถึง 10,000 บรรทัดต่อนาที นี่เป็นความเร็วที่มหาศาลสำหรับอุปกรณ์เชิงกล แต่เมื่อเปรียบเทียบกับความเร็วของโปรเซสเซอร์แล้วก็ยังถือว่าน้อยมาก
อุปกรณ์บางชนิด และโดยเฉพาะจอแสดงผลกราฟิก ทำหน้าที่ทั้งเอาต์พุตและอินพุต นั่นเป็นสาเหตุที่เรียกว่าอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต
3.1.5. บล็อกควบคุม
หน่วยความจำ เลขคณิตและตรรกะ อุปกรณ์อินพุตและเอาต์พุตจัดเก็บและประมวลผลข้อมูล และยังดำเนินการอินพุตและเอาต์พุตอีกด้วย การทำงานของอุปกรณ์ดังกล่าวจะต้องมีการประสานงานกัน นี่คือสิ่งที่หน่วยควบคุมทำ กล่าวคือนี่คือศูนย์กลางประสาทของคอมพิวเตอร์ที่ส่งสัญญาณควบคุมไปยังอุปกรณ์อื่น ๆ และติดตามสถานะของพวกเขา
การทำงานของ I/O ถูกควบคุมโดยคำสั่งโปรแกรมที่ระบุอุปกรณ์ I/O ที่เกี่ยวข้องและข้อมูลที่กำลังถ่ายโอน อย่างไรก็ตาม สัญญาณกำหนดเวลาจริงที่ควบคุมการส่งต่อจะถูกสร้างขึ้นโดยวงจรควบคุม สัญญาณบอกเวลาเป็นสัญญาณที่กำหนดเวลาว่าควรดำเนินการใดๆ นอกจากนี้ ข้อมูลยังถูกถ่ายโอนระหว่างโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำผ่านการซิงโครไนซ์สัญญาณที่สร้างโดยชุดควบคุม ชุดควบคุมถือได้ว่าเป็นอุปกรณ์แยกต่างหากที่โต้ตอบกับส่วนอื่นๆ ของเครื่องจักร แต่ในทางปฏิบัติสิ่งนี้ไม่ค่อยเกิดขึ้น วงจรควบคุมส่วนใหญ่มีการกระจายทางกายภาพไปยังตำแหน่งต่างๆ บนคอมพิวเตอร์ สัญญาณที่ใช้ในการซิงโครไนซ์เหตุการณ์และการทำงานของอุปกรณ์ทั้งหมดจะถูกส่งผ่านสายควบคุม (สาย) หลายสาย โดยทั่วไป การทำงานของคอมพิวเตอร์สามารถอธิบายได้ดังนี้
คอมพิวเตอร์โดยใช้หน่วยอินพุตรับข้อมูลในรูปแบบของโปรแกรมและข้อมูลและเขียนลงในหน่วยความจำ
ข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในหน่วยความจำภายใต้การควบคุมโปรแกรมจะถูกส่งไปยังหน่วยทางคณิตศาสตร์-โลจิคัลเพื่อการประมวลผลต่อไป
ข้อมูลที่ได้รับจากการประมวลผลข้อมูลจะถูกส่งไปยังอุปกรณ์เอาท์พุต
หน่วยควบคุมมีหน้าที่รับผิดชอบการกระทำทั้งหมดที่ทำภายในเครื่อง
ตามที่กล่าวไว้ในหัวข้อ 3.1 คำแนะนำจะควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์ ในการปฏิบัติงานเฉพาะ โปรแกรมที่เกี่ยวข้องซึ่งประกอบด้วยคำสั่งต่างๆ จะถูกเขียนลงในหน่วยความจำ คำสั่งจะถูกส่งทีละคำสั่งจากหน่วยความจำไปยังโปรเซสเซอร์ซึ่งดำเนินการคำสั่งเหล่านั้น ข้อมูลที่ใช้เป็นตัวถูกดำเนินการคำสั่งจะถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำด้วย นี่คือตัวอย่างของคำสั่งทั่วไป:
คำสั่งนี้จะเพิ่มตัวถูกดำเนินการที่จัดเก็บไว้ในหน่วยความจำตามที่อยู่ LOCA พร้อมด้วยตัวถูกดำเนินการที่จัดเก็บไว้ในรีจิสเตอร์ R0 ของโปรเซสเซอร์ และวางผลลัพธ์ไว้ในรีจิสเตอร์เดียวกัน เนื้อหาดั้งเดิมของหน่วยความจำตามที่อยู่ LOCA จะไม่เปลี่ยนแปลง แต่เนื้อหาของรีจิสเตอร์ R0 จะถูกเขียนทับ คำสั่งนี้ดำเนินการในหลายขั้นตอน ขั้นแรกมันจะถูกส่งจากหน่วยความจำไปยังโปรเซสเซอร์ จากนั้นตัวถูกดำเนินการคำสั่งจะถูกอ่านจากหน่วยความจำตามที่อยู่ LOCA และเพิ่มลงในเนื้อหาของรีจิสเตอร์ R0 หลังจากนั้นผลรวมผลลัพธ์จะถูกเขียนลงในรีจิสเตอร์ R0
คำสั่ง Add ที่อธิบายไว้ที่นี่เป็นการรวมการดำเนินการสองอย่าง: การเข้าถึงหน่วยความจำและการดำเนินการ ALU ในหลาย ๆ คอมพิวเตอร์สมัยใหม่การดำเนินการทั้งสองประเภทนี้ดำเนินการโดยใช้คำสั่งแยกกัน แผนกนี้ขึ้นอยู่กับการพิจารณาด้านประสิทธิภาพ ซึ่งเราจะกล่าวถึงด้านล่าง คำสั่งดังกล่าวสามารถใช้เป็นสองคำสั่งได้:
1) โหลด R3,LOCA สำหรับสถาปัตยกรรม Intel (IA-32): mov bx,loca
เพิ่ม R0,R3 เพิ่มขวาน,bx
คำสั่งแรกจะคัดลอกเนื้อหาของหน่วยความจำตามที่อยู่ LOCA ลงในตัวประมวลผลรีจิสเตอร์ R1 และคำสั่งที่สองจะเพิ่มเนื้อหาของรีจิสเตอร์ R1 และ R0 และวางผลรวมในรีจิสเตอร์ R0 โปรดทราบว่าผลจากการดำเนินการทั้งสองคำสั่ง เนื้อหาดั้งเดิมของรีจิสเตอร์ทั้งสองจะถูกทำลาย แต่เนื้อหาในหน่วยความจำตามที่อยู่ LOCA จะถูกเก็บรักษาไว้
การถ่ายโอนข้อมูลระหว่างหน่วยความจำและโปรเซสเซอร์เริ่มต้นด้วยการส่งที่อยู่ของคำที่จะเข้าถึงไปยังอุปกรณ์หน่วยความจำและออกสัญญาณควบคุมที่เหมาะสม ข้อมูลจะถูกถ่ายโอนไปยังหรือจากหน่วยความจำ
ในรูป รูปที่ 3.2 แสดงวิธีการเชื่อมต่อหน่วยความจำและโปรเซสเซอร์เข้าด้วยกัน นอกจากนี้ รูปภาพยังแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติที่สำคัญหลายประการของโปรเซสเซอร์ที่เรายังไม่ได้กล่าวถึง ไม่ได้แสดงการเชื่อมต่อที่แท้จริงของส่วนประกอบเหล่านี้ เนื่องจากเรากำลังพูดถึงเฉพาะลักษณะการทำงานของส่วนประกอบเหล่านี้เท่านั้นในตอนนี้ การเชื่อมต่อส่วนประกอบต่างๆ ได้รับการอธิบายโดยละเอียดในส่วนที่ 8 เมื่อพิจารณาถึงการออกแบบโปรเซสเซอร์
นอกจาก ALU และวงจรควบคุมแล้ว โปรเซสเซอร์ยังมีรีจิสเตอร์จำนวนมากที่มีไว้สำหรับวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน Instruction Register (IR) มีรหัสของคำสั่งที่กำลังดำเนินการอยู่ ผลลัพธ์นี้มีให้ในการควบคุมวงจร ซึ่งสร้างสัญญาณเพื่อควบคุมองค์ประกอบต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการคำสั่ง การลงทะเบียนพิเศษอื่นที่เรียกว่า Program Counter (PC) ใช้เพื่อติดตามความคืบหน้าของการทำงานของโปรแกรม ประกอบด้วยที่อยู่ของคำสั่งถัดไปที่จะดึงข้อมูลและดำเนินการ ในขณะที่ดำเนินการคำสั่งถัดไป เนื้อหาของการลงทะเบียน PC จะได้รับการอัปเดต - ที่อยู่ของคำสั่งถัดไปจะถูกเขียนลงไป กล่าวว่าการลงทะเบียนพีซีชี้ไปที่คำสั่งที่จะดึงข้อมูลจากหน่วยความจำ นอกจากการลงทะเบียน IR และ PC ในรูปแล้ว รูปที่ 3.2 แสดงรีจิสเตอร์วัตถุประสงค์ทั่วไป ตั้งแต่ R0 ถึง R„-i เหตุใดจึงมีความจำเป็นอธิบายไว้ในบทที่ 2
ในที่สุด รีจิสเตอร์อีกสองตัวก็ให้การโต้ตอบกับหน่วยความจำ เหล่านี้คือการลงทะเบียนที่อยู่ (Memory Address Register, MAR) และการลงทะเบียนข้อมูล (Memory Data Register, MDR) การลงทะเบียน MAR มีที่อยู่ที่เข้าถึงหน่วยความจำ และการลงทะเบียน MDR มีข้อมูลที่ต้องเขียนหรืออ่านจากหน่วยความจำตามที่อยู่นี้
พิจารณากระบวนการทั่วไปในการรันโปรแกรมบนคอมพิวเตอร์ โปรแกรมอยู่ในหน่วยความจำ ซึ่งโดยปกติจะผ่านอุปกรณ์อินพุต การดำเนินการเริ่มต้นด้วยการเขียนที่อยู่ของคำสั่งแรกลงในการลงทะเบียนพีซี เนื้อหาของรีจิสเตอร์นี้จะถูกถ่ายโอนไปยังรีจิสเตอร์ MAR และสัญญาณควบคุมการอ่านจะถูกส่งไปยังหน่วยความจำ เมื่อหมดเวลาการเข้าถึงหน่วยความจำ คำที่ระบุ (ในกรณีนี้คือคำสั่งโปรแกรมแรก) จะถูกอ่านจากหน่วยความจำและโหลดลงในรีจิสเตอร์ MDR จากนั้นเนื้อหาของการลงทะเบียน MDR จะถูกโอนไปยังการลงทะเบียน IR คำสั่งพร้อมที่จะถอดรหัสและดำเนินการแล้ว
หากคำสั่งกำหนดให้ ALU ดำเนินการเฉพาะ จะต้องได้รับตัวถูกดำเนินการสำหรับคำสั่งนั้น ตัวถูกดำเนินการที่อยู่ในหน่วยความจำ (สามารถอยู่ในรีจิสเตอร์ทั่วไปได้) จะต้องถูกดึงออกมาก่อนโดยการส่งที่อยู่ของมันไปยังรีจิสเตอร์ MAR และเตรียมใช้งานลูปการอ่าน หลังจากถ่ายโอนจากหน่วยความจำไปยังรีจิสเตอร์ MDR แล้ว ตัวถูกดำเนินการจะถูกส่งไปยัง ALU ในทำนองเดียวกัน ตัวถูกดำเนินการที่เหลือตามที่คำสั่งต้องการจะถูกโอนไปที่นั่น หลังจากนั้น ALU จะสามารถดำเนินการตามที่ต้องการได้ หากต้องเก็บผลลัพธ์ไว้ในหน่วยความจำ ผลลัพธ์จะถูกเขียนลงในรีจิสเตอร์ MDR ที่อยู่ที่ต้องเขียนลงในหน่วยความจำจะถูกวางไว้ในรีจิสเตอร์ MAR หลังจากนั้นจะเริ่มลูปการเขียน ณ จุดหนึ่งระหว่างการดำเนินการตามคำสั่งปัจจุบัน เนื้อหาของรีจิสเตอร์ PC จะเพิ่มขึ้น และเริ่มชี้ไปที่คำสั่งถัดไปที่จะดำเนินการ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทันทีที่คำสั่งปัจจุบันดำเนินการเสร็จสิ้น ก็สามารถดึงคำสั่งถัดไปได้
ข้าว. 3.2.การเชื่อมต่อระหว่างโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำ
คอมพิวเตอร์ไม่เพียงแต่ถ่ายโอนข้อมูลระหว่างหน่วยความจำและโปรเซสเซอร์เท่านั้น แต่ยังได้รับจากอุปกรณ์อินพุตและส่งไปยังอุปกรณ์เอาท์พุตอีกด้วย ดังนั้นในบรรดาคำสั่งเครื่องจึงมีคำสั่งสำหรับการดำเนินการ I/O ด้วย
หากมีความจำเป็นเร่งด่วนในการซ่อมบำรุงอุปกรณ์บางอย่าง (เช่น เมื่ออุปกรณ์ตรวจสอบในกระบวนการทางอุตสาหกรรมแบบอัตโนมัติตรวจพบสถานการณ์ที่เป็นอันตราย) การดำเนินการตามปกติของโปรแกรมอาจถูกขัดจังหวะ เพื่อที่จะตอบสนองต่อสถานการณ์นี้ทันที คอมพิวเตอร์จะต้องขัดจังหวะโปรแกรมปัจจุบัน เพื่อจุดประสงค์นี้ อุปกรณ์จะสร้างสัญญาณขัดจังหวะ การขัดจังหวะเป็นคำขอที่ทำโดยอุปกรณ์ I/O เพื่อจัดเตรียมเวลาโปรเซสเซอร์ เพื่อซ่อมบำรุงอุปกรณ์นี้ โปรเซสเซอร์จะดำเนินการรูทีนการขัดจังหวะที่เหมาะสม และเนื่องจากการดำเนินการสามารถเปลี่ยนสถานะภายในของโปรเซสเซอร์ได้ ก่อนที่จะให้บริการการขัดจังหวะ คุณจะต้องบันทึกสถานะไว้ในหน่วยความจำ โดยทั่วไป การดำเนินการนี้จะบันทึกเนื้อหาของรีจิสเตอร์ PC, รีจิสเตอร์วัตถุประสงค์ทั่วไป และข้อมูลการควบคุมบางอย่าง เมื่อโปรแกรมประมวลผลขัดจังหวะเสร็จสิ้น สถานะของโปรเซสเซอร์จะถูกกู้คืน และโปรแกรมที่ถูกขัดจังหวะยังคงทำงานต่อไป โปรเซสเซอร์ที่มีองค์ประกอบทั้งหมด (รูปที่ 3.2) มักจะถูกนำมาใช้เป็นชิปตัวเดียวซึ่งมีอุปกรณ์หน่วยความจำแคชอย่างน้อยหนึ่งตัว ชิปดังกล่าวเรียกว่า VLSI (VLSI เป็นตัวย่อของ Very Large Scale Integration ซึ่งแปลได้ว่า Very Large Scale Integration)