Основные функциональные части компьютера

В конце 40-х годов Нейман изложил основные принципы построения компьютера. В основном, эти принципы сохранились и в настоящее время. Компьютер, основанный на принципах Неймана должен состоять из следующих устройств:

- арифметико-логического устройства (АЛУ) для выполнения вычислительных и логических операций;

- устройства управления (УУ) для организации процесса выполнения программ;

- запоминающего устройства, или памяти, для хранения программ и данных;

- внешних устройств ввода-вывода информации (УВВ)

С помощью внешних устройств в память компьютера вводятся программы и данные для обработки. По команде оператора с клавиатуры устройство управления считывает содержащиеся в памяти программы и данные и передает их в АЛУ. Результат обработки УУ записывает в память и передает их на внешние устройства (монитор, принтер).

Структурная схема компьютера приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Основные функциональные узлы компьютера

5.1.2. Взаимодействие процессора и памяти

Процессор – это основная рабочая часть компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Общение процессора с памятью осуществляется через шины данных, шины адресов и шины управления. Шина адреса предназначена для передачи адреса устройства или ячейки памяти, к которой обращается процессор. По шине данных передается вся информация при записи и считывании. Процесс взаимодействия процессора и памяти сводится к двум операциям: записи и считывания информации. При записи процессор по шине адреса передает адрес в двоичном коде, по управляющей шине – управляющий сигнал в двоичном коде и по шине данных передает записываемую информацию также в двоичном коде.

Общий вид памяти представлен на рис. 5.2. На нем показаны различные типы запоминающих устройств, не все обязательно входят в состав ЭВМ и характер связей может отличаться.

Рис. 5.2. Состав памяти компьютера

Верхнее место в иерархии памяти занимают регистровые ЗУ, которые входят в состав процессора и часто рассматриваются не как самостоятельный блок ЗУ, а просто как набор регистров процессора. Такие ЗУ в большинстве случаев реализованы на том же кристалле, что и процессор и предназначены для хранения небольшого количества информации (до несколько десятков слов, иногда до сотни), которая обрабатывается в текущий момент времени или часто используется процессором. Обращение к этим ЗУ происходит непосредственно по командам процессора. На физическом уровне регистр – это совокупность триггеров, способных хранить один двоичный разряд.

Следующую позицию в иерархии занимают буферные ЗУ. Их назначение состоит в сокращении времени передачи информации между процессором и более медленными уровнями памяти компьютера. Буферная память может устанавливаться на различных уровнях. В настоящее время такие буферные ЗУ называют «кэш-память» или просто кэш.

Принцип использования буферной памяти во всех случаях сводится к одному и тому же. Буфер представляет собой более быстрое, но менее емкое ЗУ, чем то, для ускорения действия которого он предназначен. При этом в буфере размещается только та часть информации из более медленного ЗУ, которая используется в настоящий момент.

Служебные ЗУ (вспомогательные). Иногда их еще называют управляющей памятью. Они используются для управления многоуровневой памятью. В управляющей памяти хранятся микропрограммы выполнения команд процессора а также различных служебных операций. Обычно это небольшие (до несколько Кбайт), но быстродействующие ЗУ

Оперативная память (ОЗУ). ОЗУ является основным запоминающим устройством ЭВМ, в котором хранятся выполняемые в настоящий момент процессором команды и обрабатываемые данные, резидентные программы, модули операционной системы и т.п. Ранее эту память называли основной, потом основной оперативной памятью. Иногда ее называют RAM – память с произвольным доступом.

Эта память используется в качестве основного запоминающего устройства ЭВМ для хранения программ, выполняемых или готовых к выполнению в текущий момент времени и относящихся к ним данных. В оперативной памяти располагаются и компоненты операционной системы, необходимые для ее нормальной работы. Информация, находящаяся в ОЗУ, непосредственно доступна командам процессора, при условии соблюдения защиты.

Объем оперативной памяти составляет сотни Мбайт, время обращения – единицы, десятки наносекунд.

Дополнительная память. Иногда ее называют расширенной. Термин это применим только к IBM PC и используется для наращивания ОЗУ.

Видеопамять. Видеопамять графического адаптера используется в качество буферной памяти для снижения нагрузки на основную память и системную шину процессора.

Буферная память (память каналов). Служит в качестве буферной памяти контроллеров жестких дисков и в каналах ввода – вывода для организации одновременной работы нескольких внешних устройств. Емкость и быстродействие этих видов памяти зависят от конкретного функционального назначения.

Жесткие диски

В жестком диске хранится вся информация, которая используется в операционной системе, основных прикладных программах, различные пакеты, справочные данные.

Емкость этой памяти, которая может включать в свой состав до несколько десятков дисков, обеспечивающих хранение большого количества данных. Типовая емкость десятки гигабайт.

Дата добавления: 2014-01-06