Основные узлы ЭВМ.

Основные узлы ЭВМ.
Основными узлами ЭВМ являются :
- центральный процессор
-
оперативная память
постоянное запоминающее устройство
внешняя память
устройства Ввода
устройства Вывода
Все устройства ЭВМ подсоединены
Основные узлы ЭВМ
(ЦП)
(ЦП) = (УУ) + (АЛУ)
(ОЗУ)
(ПЗУ)
(ВЗУ)
(УВв)
(УВыв)
к единой ИНФОРМАЦИОННОЙ
ШИНЕ
объединены в следующую схему.
ОЗУ
ЦП
Программа
ПЗУ
Системные
программы
УУ
Данные
АЛУ
Результаты
Системная
шина
Устройства
ВВОДА
ВНЕШНЯЯ
ПАМЯТЬ
Устройства
ВЫВОДА
1. Центральный процессор
=======================
Главным элементом любой ЭВМ является ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР !!!
ЦП сосотоит из
- Устройства Управления
(УУ)
- Арифметико-Логического устройства (АЛУ)
Назначение ЦП
:
1) Управление узлами компьютера
2) Обработка информации, которая сводится к
выполнению арифметических операций.
УУ - управляет работой ЭВМ, путем исполнения команд ПРОГРАММЫ.
Рабочая программа хранится в ОЗУ.
(АЛУ) Арифметико-логичеcкое устройство главный исполнительный орган ЭВМ.
Назначение АЛУ О Б Р А Б О Т К А ИНФОРМАЦИИ.
Обработка
информации
сводится
к
выполнению
арифметических
операций.
АЛУ выполняет над числами арифметические(+,-,умножить,делить)
и логические( > , < , не равно и др.) операции
2. Оперативная память (ОЗУ)
Назначение
ОЗУ
ОЗУ предназначена для хранения рабочей программы во время ее
выполнения,
а также данных, которые эта программа должна обработать и
результатов обработки
Вместе с программой в ОЗУ хранятся :
- ИСХОДНЫЕ
ДАННЫЕ , которые программа обрабатывает
- РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ
╔══════ ОЗУ ═══╗
║ Программа
║
║ обработки
║
║──────────────╢
║ Исходные
║
║ данные
║
║──────────────╢
║ Результаты
║
║ оброботки
║
║──────────────╢
║
║<── Свободное место
║
║
╚══════════════╝
Пример:
Вы рисуете на компьютере с помощью
программы PAINT.
Вопрос :
Где в этот момент хранится программа Paint и рисунок ? >
Ответ:
В оперативной памяти. Работающая программа и результат ее работы
находится в ОЗУ!
Рабочая
программа находится в
ОЗУ !!!
Недостатки ОЗУ
ОЗУ современных ЭВМ является ЭНЕРГОЗАВИСИМОЙ.
При выключении питания содержимое ОЗУ теряется.
Главное достоинство
ОЗУ
ВЫСОКОЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЕ !!!
ОЗУ выполнена из электронных элементов, поэтому
быстродействие ОЗУ сопоставимо с быстродействием ЦП.
Это значит , что время чтения(записи) двоичного числа
из(в)ОЗУ примерно равно времени , за которое ЦП выполняет
одну операцию над парой чисел.
Вопрос:
<Можно ли в качестве ОЗУ использовать другой вид памяти ? >
< Например, магнитную память(винчестер) >
Ответ :
В принципе можно, но при этом резко упадет быстродействие
ЭВМ(в 10 000 раз).
Операции чтения записи с диска выполняются примерно в 10 000 раз
медленнее чем из электронных ячеек.
Магнитная память обладает низким быстродействием(по сравнению с
электронной памятью). Операции чтения записи с диска выполняются
примерно в 10 000 раз медленнее чем из электронных ячеек.
Если бы рабочая программа располагалась на диске, то ЦП большую
часть времени пришлось бы простаивать в ожидании , пока будет прочитана
очередная команда.
Работа компьютера сводится к чтению и исполнению команд
программы. Поэтому быстродействие ЭВМ не может превысить, скорость
чтения команд программы.
Чарльз Бэбидж - первый конструктор автоматической вычислительной
, предполагал хранить программу на картонных картах.
машины
1) До запуска все программы хранятся в .exe файлах на магнитном диске
(винчестере).
2)После запуска
программа копируются
из .exe
файла
в ОЗУ.
Зачем это делается ? Для поддержки высокого быстродействия ЭВМ.
(Что бы быстродействие ЭВМ было высоким, рабочая программа должна
храниться в быстрой памяти, т.е. в ОЗУ)
3)После завершения выполнения очередной программы она удаляется из ОЗУ ,
тем самым освобождая место для запуска других программ.
(программа удаляется только из ОЗУ, но сотается в файле на диске)
<< Как в ОЗУ попадает первая программа ? >>
Ведь после выключения питания или перезагрузки ОЗУ очищается и не
содержит никакой информации
???
Первой в ОЗУ попадает ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА. Она копируется из файлов на
магнитном диске в ОЗУ.
Но чтобы выполнить это копирование, нужно запустить программу,
специально для этого предназначенную. Ведь на компьютере все делается
только с помощью программ.
Таковой программой является начальный загрузчик. ОН хранится в ПЗУ.
НАЧАЛЬНЫЙ ЗАГРУЗЧИК стартует первым сразу при включении компьютера и
копирует в ОЗУ ОС. Далее ОС включается в работу и управлет компьютером.
3. ПОСТЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО(ПЗУ)
Назначение ПЗУ
хранение важнейших программ, котрые называют СИСТЕМНЫМИ
Программа, хранящаяся в ПЗУ может напрямую управлять ЦЕНТРАЛЬНЫМ
ПРОЦЕССОРОМ( ее не надо предварительно копировать в ОЗУ)
Свойства
ПЗУ
1)ПЗУ – это быстрая электронная память
2)ПЗУ – это память только для чтения (ROM – read only memory ).
Это свойство является достоинством ПЗУ, так как защищает его
содержимое от удаления.
3) Энергонезависимость
Системные означает наиболее важные. Эти программы всегда должны быть
в ЭВМ и не зависеть от включения - выключения питания и др.
Некоторые
подробности
Возможна ли работа
ЭВМ
без ОЗУ( только с ПЗУ)?
===========================================================================
4. ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ
Внутренней памятью
называют ОЗУ
и ПЗУ.
К ВНЕШНЕЙ ПАМЯТИ относятся все остальные запоминающие устройства, которые
можно подключить к компьютеру.
Это
следующие
носители:
- МАГНИТНЫЕ ДИСКИ(Винчестеры, дискеты ).
ВИНЧЕСТЕР считается основным внешним накопителем
- КОМПАКТ ДИСКИ(СD
DVD ).
- МАГНИТНЫЕ ЛЕНТЫ
- ФЛЭШ КАРТЫ
В будущем
могут появиться другие запоминающие устройства
Назначение
внешнией памяти
1)Долговременное хранение ПРОГРАММ и больших объемов ИНФОРМАЦИИ.
2)Легкий перенос программ и данных с одного компьютера на другой
Свойства
Большая емкость
внешней памяти
Винчестер ( 200 Г)
DVD диск (4-20 Г)
Флэш карта (4 Г)
Легкая смена носителя
Энергонезависимость
Возможность перезаписи
Дискета, Флэш, СD,DVD
Низкое быстродействие
Все устройства кроме
Все устройства
Все устройства кроме (CD-R, DVD-R)
Возможна ли работа ЭВМ без внешней памяти ?
ФЛЭШ
5. Устройства ввода
Назначение - ввод данных в ЭВМ.
УВВ - переводят данные из "человеческой" формы в двоичную
Основные устройства ввода:
КЛАВИАТУРА, МЫШЬ , сканер, МИКРОФОН , ВИДЕОКАМЕРА.
6.УСТРОЙСТВА ВЫВОДА.
Назначение - вывод данных из ЭВМ.
Устройства вывода переводян информацию из двоичной(компьютерной)
формы в форму, удобную для восприятия человеком.
Основные УСТРОЙСТВА ВЫВОДА.
МОНИТОР ,ПРИНТЕР , ДИНАМИКИ(колонки, наушники), ГРАФОПОСТРОИТЕЛЬ
7. Информационная шина(МАГИСТРАЛЬ)
Основные узлы компьютера соединены общей информационной шиной,
именуемой МАГИСТРАЛЬЮ(см. схему).
Подсоединение отдельных узлов ЭВМ к МАГИСТРАЛИ подобно подсоединению
телефонных аппаратов к общему кабелю.
В результате возможна
связь
каждого устройства с каждым.
============================================================================
8. Некоторые подробности
1) < Почему
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
Оперативная память называется ОПЕРАТИВНОЙ ....... >
Название │Оперативная│отражает особенность этой памяти , которая
заключается └───────────┘ в том , что в ней хранится только ОПЕРАТИВНАЯ
информация. То есть информация , которая необходима выполняемой в текущий
момент ПРОГРАММЕ.Содержимое этой памяти не постоянно. Оно все время
меняется. Работающая программа может записать туда результаты своей
работы,затем удалить их , затем снова записать уже другие результаты.
Если на дисках хранится очень большой объем данных, которые не могут быть
все одновременно загружены в ОЗУ, то работающая программа подгружает их
частями, записывая новую порцию исходных даных на место старой.
И наконец сами программы сменяют в ОЗУ одна другую. На место одной
программы записываются команды другой. После того как отработает вторая
( программа на ее место запишется третья и т.д. ...
2)
Что быстрее
ОЗУ
или ЦП ,
Считается что быстродейстиве ОЗУ сопоставимо с быстродействием ЦП.
Но на самом деле ЦП работает примерно в 10 раз быстрее ОЗУ, так как ЦП
действиельно выполнен на выключателях(триодах), которые являются самыми быстрыми
элементами.
ОЗУ – это дешевая память, работающая на хранении заряда в ячейке. Ячейка заряжена,
значит хранит 1, разряжена – хранит 0.
Ячейки теряют заряд, поэтому их надо постоянно подзаряжать(цикл подзарядки). На
периодическую подзарядку тратится время. А отсюда – снижение быстродействия.
Для того, чтобы хотя бы частично компенсировать эту потерю быстродействия используют
, так называемую КЭШ память. КЭШ – это внутренняя память ЦП. Это самая быстрая
память. Ее называют СОЗУ. Эта паямять така же как и ЦП изготовлена из ТРИОДОВ.
КЭШ работает следующим образом. Фрагмент программы читается из ОЗУ в КЭШ. А делее
УУ читает команды из КЭШ-памяти. Выигрыш в быстродействии получится только тогда,
когда в КЭШ-буфере оказывается циклический алгоритм. Т.е команды которые многократно
считываются и исполняются.
3) Быстрая загрузка современных ПК
┌── [ Быстрая загрузка современных ПК ]────────────────────────────────────┐
│
│
│
Наши персональные компьютеры загружаются очень быстро ( 15 сек )
│
│ В отличие от машин 2-го поколения , загрузка которых занимала несколько │
│ минут.
│
│
│
│
Загрузку ЭВМ осуществляет специальная программа НАЧАЛЬНЫЙ ЗАГРУЗЧИК, │
│ которая хранится в ПЗУ и поэтому быстро исполняется.( Для сравнения
│
│ загрузчик старых ЭВМ хранился на магнитном диске, отчего загрузка
│
│ занимала длительное время.
│
│
│
│
Функция программы НАЧАЛЬНОЙ ЗАГРУЗКИ - копирование с магнитного
│
│ диска в ОЗУ операционной системы(ОС). ОС управляет всей дальнейшей
│
│ работой ЭВМ
│
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
После выключения питания или перезагрузки информация в ОЗУ уничтожается.
В первый момент после перезагрузки ОЗУ пуста.
Однако ЭВМ быстро вступает в действие.
< Какая
программа
при
этом
УПРАВЛЯЕТ
компьютером ? >
Загрузку компьютера осуществляет программа, хранящаяся
в ПОСТЯННОМ ЗАПОМИНАЮЩЕМ УСТРОЙСТВЕ (ПЗУ).
В результате исполнения команд этой программы в ОЗУ с магнитного
диска записывается первая программа. Эта программа называется
операционной системой. Далее она управляет всей работой ЭВМ
< 4. Возможна ли работа ЭВМ без ОЗУ(только с ПЗУ)
Что при этом получится ?
Как изменятся функциональные возможности ЭВМ ?
В
Но тогда
При этом
все
принципе
>
возможна !!!
программы должны
храниться в
ПЗУ.
принципиально изменяются Функциональные возможности ЭВМ.
ЭВМ из класса УНИВЕРСАЛЬНЫХ перейдет в разряд СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ.
На Универсальном компьютере,оснащенном ОЗУ, можно выполнить любую программу.
Для этого ее надо предварительно установить на компьютере(а по сути записать в
файлы на винчестере). А дальше программу, записанную на винчестер можно
запускать. При этом программа скопируется в ОЗУ и будет выполняться.
Без ОЗУ на ЭВМ могут выполняться только те программы , которые
находятся в ПЗУ. Число этих программ ограничено. Поэтому ограничены и
возможности такой ЭВМ. Она не может исполнить ничего , что не заложено в ПЗУ.
Такие компьютеры называются СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫМИ. Например, игровые
компьютеры. На них можно играть только в те игры, которые записаны в ПЗУ и
только.
Управляющие компьютеры, например компьютер,управляющие топливным насосом на
автомобиле. Программы для такого компьютера устанавливаются заранее в ПЗУ.
Их ни заменить, ни добавить. Да это и не нужно
Конфигурацию :
ЦП + ПЗУ +
имеют ЭВМ , управляющие
техническими объектами , например бортовая ЭВМ самолета.
5) Возможна ли работа
ЭВМ без
внешней
памяти
В принципе возможна !
Но тогда нельзя будет сохранить никакие результаты работы на
компьютере( например не сохранить набранный текст, созданный рисунок,
написанную программу)
Представьте ситуацию :
К
компьютеру нельзя
подключить никакой внешней памяти !!!
Вы в течение часа команду за командой ВЫ вводите с клавиатуры
программу обработки в ОЗУ. Затем столько же вводите исходные данные.
Программа запущена. Получены результаты, которые выведены на бумагу.
После выключения питания и программа и данные из оперативной памяти
"вытерты".
На следующий день вам необходимо повторить расчет, изменив буквально
несколько цифр в исходных данных. И программу , и ВЕСЬ набор исходных
данных прийдется набивать ЗАНОВО !!!
Так обстоит дело на машинах без внешней памяти.