Единицы информации

Ячейки памяти любого типа компьютера сохраняют информацию в виде двоичных кодов. Это означает, что каждая ячейка может хранить только лишь значения “0” либо “1”, понятные компьютеру.

В качестве элементарной единицы информации принят бит-“единица” или “нуль”, сохраняемые в одной ячейке памяти. Для представления обменных процессов, протекающих между устройствами компьютера, удобно использовать группу из восьми битов — байт. На практике, однако, чаще всего можно встретить кратные единицы— Кбайт (килобайт), Мбайт (мегабайт) и Гбайт (гигабайт). Значения приставок “кило”, “мега” и “гига” здесь немного отличаются от традиционных обозначений тысячи, миллиона и миллиарда. В данном случае “кило” означает 2= 1024, “мега”-2=1048576, а “гига” -2=1073741824. Для характеристики устройств связи, например, модема, используются информационные единицы измерения Кбит (килобит) и Мбит (мегабит).

Обмен данными и сообщениями

Для пересылки данных между устройствами существует несколько стандартных процедур.

Одним из возможных способов, позволяющих центральному процессору обработать требования устройства на обмен данными с другим устройством или с памятью, является процедура прерывания. Выполнение процедуры прерывания начинается с генерирования каким-либо из устройств, например клавиатурой или накопителем на гибких дисках, сигнала запроса на прерывание IRQ ( Interrupt Request). Запрос может поступить также и в том случае, если системой выявлена аварийная ситуация.

Каждое из устройств, работающих по прерываниям, имеет собственную линию IRQ запроса на прерывание. Линии IRQ - это физические линии на материнской плате, позволяющие передавать запросы на прерывания от кон­троллера устройства контроллеру прерываний, которымэтипрерывания обрабатываются. Контроллер прерываний при поступлении сигнала IRQ прерывает работу центрального процессора. Для каждого устройства в контроллере прерываний программируется идентификатор — код, посылаемый после получения запроса на прерывание, в центральный процессор. В соответствии с этим кодом процессор формирует несколько адресов обращения в оперативную память, которые называются вектором прерывания. По адресам векторов прерываний расположены адреса обращений к программам-обработчикам прерываний. Программа-обработчик прерываний реализует ту функцию, потребность в которой вызвало данное прерывание.

Если устройство-источник прерываний расположенозапределами материнской платы, то прерывания от него называются внешними аппаратными прерываниями. Если устройство, генерирующее прерывания, находится в пределах материнской платы, то такие прерывания называются внутренними аппаратными. Если источником прерываний является одна из команд выполняемой программы, то такое прерывание обрабатывается непосредственно в центральном процессоре и называется программным прерыванием. Если прерывание является реакцией на ошибки процессора, например деление на нуль, то такие прерывания называются внутренними.

Другой способ (отличный от процедуры прерываний), позволяющий устройствам обмениваться данными с оперативной памятью, называется прямым доступом к памяти (Direct Memory Access или DMA). В этом процессе участвует специальный модуль на материнской плате, называемый контроллером DMA, к которому сходятся линии запросов (Direct Request-DRQ) на DMA от периферийных устройств. Этот контроллер блокирует линии управления от процессора, и сам генерирует сигналы, необходи­мые для обмена данными между оперативной памятью и устройством. Таким образом, между оперативной памятью и устройством происходит быстрое “перекачивание” данных. В силу целого ряда ограничений, присущих процедуре DMA, в “чистом” виде этот способ обмена не используется.

Системные компоненты ПК

Персональный компьютер содержит множество электронных элементов, которые объединяются в более крупные компоненты, — модули, узлы, цепи, схемы, блоки и т.д. Если из всего этого разнообразия электронных компонентов изъять хотя бы один, то вся информационно-вычислительная компьютерная система перестанет работать.

Вместе с тем, важность выполняемой различными электронными узлами работы для ПК неравнозначна. Одни устройства, например центральный процессор или оперативная память, принимают участие практически во всех без исключения действиях выполняемых ПК. Другие устройства, например контроллеры периферийных устройств, менее активны.

Центральный процессор (СРU, Central Processing Unit) — это основной электронный модуль на материнской плате, который выполняет вычислительную работу, управляет обменом данными с оперативной памятью и устройствами ввода-вывода. Центральный процессор (ЦП), являясь аппаратным центром информационно-вычислительной системы, отвечает за характеристики производительности ПК.

Центральный процессор работает циклически и упрощенно его работу можно описать следующим образом. В начале очередного цикла процессор считывает из оперативной памяти команду, расшифровывает ее и реализует указанные в ней действия. Например, считывает из памяти два числа, расположенные в памяти по определенным адресам, указанным в выполняемой команде, суммирует их и результат записывает в заданную ячейку памяти. После этого цикл повторяется: считывается

очередная команда (или команда, адрес которой указан в предыдущей команде), выполняются указанные в ней действия и т.д.

Центральный процессор оперирует целочисленными данными. Если необходимо выполнить вычисления с более высокой степенью точности, в работу включается встроенный в ЦП узел математического сопроцессора. Математический сопроцессор (или блок обработки чисел с плавающей точкой) позволяет работать с очень большими или очень маленькими числами. Для удобства работы с такими числами они представлены вещественной форме, то есть имеют мантиссу, знак и порядок. Например, число -567000000000000 в вещественной форме представляется как -0,567*10^15, где “-” - знак; 0,567-мантисса; 10-основание десятичной системы исчисления; 15-порядок.

Для того чтобы сопроцессор смог выполнять вычисления, каждое обрабатываемое сопроцессором число предварительно разбивается на составляющие, каждая из которых направляется в отдельный аппаратный узел сопроцессора. Там они “встречаются” с аналогичными компонентами другого “разобранного” операнда, если таковой имеется. Вычисления в сопроцессоре затрагивают вначале каждый компонент в отдельности (мантисса, знак и порядок) и лишь затем, на заключительном этапе, результат вновь “собирается воедино”.

Важными характеристиками ЦП являются тактовая частота, скорость выполнения команд и разрядность шин данных и адреса. Все современные процессоры располагают 64-разрядной шиной данных. По разрядности адресной шины процессора можно судить об адресном пространстве памяти.

Адресное пространство памяти состоит из всех ячеек оперативной памяти, видеопамяти и памяти BIOS (Basic Input Output System – базовая система ввода-вывода), к которым может обращаться процессор.

Все процессы, связанные с вычислениями, обработкой и пересылками данных между электронными модулями компьютера, должны быть взаимосвязаны во времени, то есть синхронизированы.

Синхронизация центрального процессора и всех узлов компьютера осуществляется с помощью специального электронного узла – тактового генератора. Тактовый генератор формирует периодические последовательности тактовых импульсов, которые направляются и в ЦП, и в систему памяти, и во все остальные подсистемы компьютера. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Например, тактовая частота одного из первых процессоров 8088 составляла 4,77 МГц, а тактовая частота современного процессора Pentium 3 Xeon – 500 МГц.

Однако необходимо отличать частоту тактового генератора и тактовую частоту процессора. В ЦП поступают тактовые сигналы с материнской платы (от тактового генератора), а необходимая для работы внутрипроцессорная частота получается при умножении внешней частоты (частоты материнской платы) в специальном встроенном блоке умножения. Она-то и синхронизирует вычислительные процессы непосредственно в самом процессоре. Таким образом, если материнская плата может работать на фиксированной частоте, например 100 МГц, то процессор может синхронизироваться, например, частотой 450 МГц.

Частота синхронизации электронных компонентов на материнской плате (типичные значения 66, 75, 83, 100 МГц) синхронизирует обменные процессы вне процессора, например между оперативной памятью и ЦП, устройствами ввода-вывода и т.д. С ростом частоты синхронизации повышается скорость работы центрального процессора и компьютера в целом.

Для ускорения доступа к оперативной памяти и увеличения производительности в центральный процессор встроен модуль кэш-памяти, или просто кэш. Это промежуточная память между ЦП и оперативной памятью. Кэш малоёмкое, но более быстрое, чем оперативная память, хранилище данных.

Кэш память может быть встроенной в центральный процессор или вынесенной из него.

Внутренняя частота процессора Pentium всегда указывается в мегагерцах и следует в обозначении за названием прибора, например Pentium 200 (P 200) или Pentium Pro 133/66. В последнем случае в знаменателе указана тактовая частота на материнской плате.

Процессоры шестого поколения также оцениваться по шкале ICOMP Index 2.0/3.0 (Intel Comparative Microprocessor Performance –индекс сравнения оценки производительности процессоров Intel)

Процессоры Intel и их клоны – базовая основа IBM-совместимых компьютеров. Корпорация Intel является разработчиком шести поколений процессоров, составляющих аппаратное ядро ПК семейства IBM PC.В настоящее время компания Intel ведёт разработки полностью 64-разрядного процессора седьмого поколения с кодовым именем Merced,который, предположительно, будет работать с тактовой скоростью 1000 МГц.

Клонами принято называть компьютеры и их компоненты, разработанные сторонними фирмами в соответствии с характеристиками и параметрами фирм - стандартизаторов. Изделия-клоны могут полностью имитировать оригинальные продукты и даже превосходить их по ряду показателей.

Начиная с1979 г, на свет появились шесть поколений процессоров Intel. Процессоры различных поколений имеют преемственность на аппаратном и программном уровнях. В настоящее время ПК оснащаются процессорами Intel шестого поколения, например, Pentium Pro, Pentium2.

Для удовлетворения массового спроса пользователей корпорация Intel разработала ряд интересных процессоров для “недорогих систем” с ограниченными возможностями расширения. В этих недорогих компьютерах можно разместить меньше периферийных устройств, их быстродействие ниже, чем у систем с “полноценными” Pentium2. В1998 г в производство компьютеров низко ценового уровня было внедрено целое созвездие процессоров, объединённых общим названием Celeron.

Процессоры шестого поколения Pentium3 и Pentium3 Xeon - это усовершенствованные варианты процессоров Pentium2 Pentium2 Xeon.

Наиболее популярны микросхемы процессоров Intel-клонов корпорации AMD (Advanced Micro Devices).Эти процессоры превосходят характеристики некоторых Intel-прототипов. Например,AMD K6 MMX Enhanced, AMD K6 3D, AMD K6-2, AMD K6+3D. К следующему поколению относится процессор AMD K7,с тактовой частотой 500 МГц. Разъём и число выводов нового гнезда, в котором устанавливает процессор.

Другой представитель, поставляющий на мировой рынок процессоры-клоны высокого качества, - корпорация Cyrix. Например, Cyrix M1, Cyrix M2 и 6x86 MX, Cyrix Media GX.

Процессор IDT Win Chip 2 C6TM разработан компанией Centaur Technology.Он относится к клону процессоров Intel пятого поколения, поддерживающих технологию MMX. В 1998г были анонсированы процессоры Win Chip 2 и Win Chip2 3D.

Дата добавления: 2014-01-13