Устройства обработки информации и управляющие устройства

ОСНОВНЫМ УСТРОЙСТВОМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ ЯВЛЯЕТСЯ АРИФМЕТИКО – ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (АЛУ). ЕГО ОСНОВОЙ ЯВЛЯЕТСЯ ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА, СОСТАВЛЕННАЯ ИЗ БОЛЬШОГО ЧИСЛА ТРАНЗИСТОРОВ, НАЗЫВАЕМАЯ СУММАТОРОМ. СУММАТОРОМ ВЫПОЛНЯЮТСЯ ПРОСТЕЙШИЕ ЛОГИЧЕСКИЕ И АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ НАД ДАННЫМИ, ПРЕДСТАВЛЕННЫМИ В ВИДЕ ДВОИЧНЫХ КОДОВ (НУЛЕЙ И ЕДИНИЦ). К логическим операциям относятся логическое умножение (операция "И"), логическое сложение (операция "ИЛИ") и логическое отрицание (операция "НЕ"). Результатом операции логического умножения является 1, если все переменные, являющиеся исходными данными равны 1, и 0, если хотя бы одна из них равна 0. Вспоминая, что 1 моделируется электрическим сигналом, а 0 – отсутствием сигнала, можно сказать, что на выходе устройства будет электрический сигнал тогда и только тогда, когда сигнал будет иметься на каждом входе:

Представьте себе, что подобное устройство осуществляет управление каким – либо процессом, например, пуском ракеты. От каждого исправного блока ракеты на устройство управления стартом должен прийти контрольный сигнал, и только в этом случае оно может выдать сигнал, разрешающий запуск.

Результатом операции логического сложения является 0, если все исходные переменные равны нулю, и 1, если хотя бы одна из них равна 1. Результатом операции логического отрицания является 1, если на входе – 0, и 0, если на входе – 1.

На основе этих трех операций можно производить арифметические действия над числами, представленными в виде нулей и единиц. Теоретической основой для этого являются законы, разработанные еще в 1847 году ирландским математиком Джорджем Булем, известные как Булева алгебра, в которой используются только два числа – 0 и 1. Ранее считалось, что эти работы Буля никому не нужны, и их автор подвергался насмешкам. Однако, в 1938 году американский инженер Клод Шеннон положил Булеву алгебру в основу теории электрических и электронных переключательных схем – сумматоров, создание которых и привело к появлению ЭВМ, способных автоматически производить арифметические вычисления.

ВСЕ ОСТАЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ, ПРОИЗВОДИМЫЕ ЭВМ, СВОДЯТСЯ К БОЛЬШОМУ ЧИСЛУ ПРОСТЕЙШИХ АРИФМЕТИЧЕСКИХ И ЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ, аналогично тому, как операцию умножения можно свести к большому числу операций сложения.

Иногда компьютеры называют "умными машинами". Мы видим, что это не совсем так. Компьютеры лишь выполняют простейшие арифметические и логические операции. Весь "интеллект" компьютера заключается не столько в нем самом, сколько в программах, которые сводят самые сложные действия к большому (как правило, очень большому) числу таких простейших арифметических и логических операций. Именно поэтому, производительность процессора при выполнении простейших операций определяет быстродействие ЭВМ.

В СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОБЪЕДИНЯЕТСЯ С УПРАВЛЯЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ В ЕДИНУЮ СХЕМУ – ПРОЦЕССОР.

ПРОЦЕССОР – ЦЕНТРАЛЬНАЯ МИКРОСХЕМА ЭВМ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩАЯ ОПЕРАЦИИ ПО ОБРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЯЮЩАЯ РАБОТОЙ ОСТАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ЭВМ.

Процессор представляет собой микросхему с большим числом контактов, имеющую прямоугольную или квадратную форму и легко помещающуюся на ладони.

Изобретателем микропроцессора как схемы, в которую собрана практически вся основная электроника компьютера, стала американская фирма INTEL, выпустившая в 1970 году процессор 8008. С их появления и началась история ЭВМ четвертого поколения.

По настоящее время фирма INTEL является лидером на мировом рынке в производстве и разработке новых типов процессоров. Основой для современных компьютеров стали процессоры семейства 8086:

1) процессор 8086 и его упрощенный вариант 8088, выпущенные в 1981 году,

2) процессор 80286, выпущенный в 1984 году,

3) процессор 80386, выпущенный в 1986 году,

4) процессор 80486, выпущенный в 1989 году,

5) процессор PENTIUM (греч. – пятый), выпущенный в 1993 году.

Фирма INTEL анонсировала еще на 1995 год выпуск принципиально иного процессора MERCED, однако вместо него появились процессоры, являющиеся развитием процессоров PENTIUM – PENTIUM PRO, PENTIUM II, PENTIUM III и др.

Важно отметить, что производство процессоров, в отличие от производства многих других компонентов компьютера – плат, корпусов, клавиатур и др. является чрезвычайно сложным и освоено только очень небольшим числом фирм – производителей. Однако все они, хоть и конкурируют с фирмой INTEL, ориентируются на ее продукцию. Например, фирма AMD выпускала процессор К5 – более мощный и дешевый аналог процессора PENTIUM и процессор К6 – аналог PENTIUM II.

СОПРОЦЕССОР – УСТРОЙСТВО, УСКОРЯЮЩЕЕ РАБОТУ ПРОЦЕССОРА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ВЫЧИСЛЕНИЙ. ЕГО НАЛИЧИЕ НЕОБЯЗАТЕЛЬНО, НО ДЛЯ РАБОТЫ РЯДА ПРОГРАММ (ГРАФИЧЕСКИХ ИЛИ РАСЧЕТНЫХ) ОН НЕОБХОДИМ.

Честь создания сопроцессоров также принадлежит фирме INTEL, однако многие сопроцессоры, произведенные другими фирмами, например CYRIX, оказывались производительнее и дешевле оригиналов – сопроцессоров фирмы INTEL семейства 8087:

1) сопроцессор 8087 – для совместной работы с процессором 8086,

2) сопроцессор 80287 – для совместной работы с процессором 80286,

3) сопроцессор 80387 – для совместной работы с процессором 80386, и.т.д.

В ПОСЛЕДНИХ МОДЕЛЯХ ЭВМ СОПРОЦЕССОР ВСТРАИВАЕТСЯ В ПРОЦЕССОР. Это, в частности, касается всех процессоров класса PENTIUM. Поэтому, в ближайшем будущем сопроцесор, как отдельное устройство, по – видимому, уйдет в историю.

Все современные ПК имеют магистрально-модульный тип архитектуры.

Архитектура компьютера — это логическая организация работы его устройств, структура, ресурсы. Современные компьютеры, имеют «неймановскую архитектуру». Но начиная с мини-ЭВМ 3 по­коления для организации передачи информации между устройствами компь­ютера стали использовать специальные магистрали (шины). С этого времени говорят о магистралъно-модульном принципе построения компьютера.

Магистраль (системная шина, общая шина) — это набор электронных линий, связывающий воедино центральный процессор, системную память и периферийные устройства по адресации памяти для передачи данных и уп­равляющих сигналов.

Магистральный принцип обмена информацией основан на том, что обмен информацией между отдельными устройствами (модулями) компьютера осу­ществляется по трем многоразрядным шинам, которые объединяют все моду­ли. Это шина данных, шина адресов и шина управления.

Данные по шине данных могут передаваться в двух направлениях: от процессора к какому-либо устройству, и наоборот. Любая информация, пере­даваемая по шине данных, сопровождается адресом, который передается по шине адресов. Шина управления передает служебные сигналы, которые опре­деляют характер обмена информацией (ввод-вывод) или синхронизируют вза­имодействие устройств, которые принимают участие в обмене информацией.

Процессор — главный элемент компьютера, его «мозг», — электрон­ная схема, выполняющая все арифметические вычисления и логическую обработку. Назначение процессора:

Дата добавления: 2014-01-06