Основи комп’ютерних технологій

1

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

Бердичівський політехнічний коледж

Контрольна робота

з предмету “Архітектура комп'ютерів”

(варіант №21)

Виконав:

студент групи Пзс-603

Лифар Сергій Олександрович

Перевірив:

Козик Вадим Юрієвич

м. Бердичів

2009 р.

Зміст

1. Загальні відомості. Основні поняття мікропроцесорної техніки

2. Технологія SMM, SSE

3. Режим роботи DRAM. Сторінковий режим

4. Жорсткі диски. Загальні відомості

Список використаної літератури

1. Загальні відомості. Основні поняття мікропроцесорної техніки

ЕОМ - це комплекс технічних засобів для автоматичної обробки інформації у відповідності з заданою програмою і під керівництвом цієї ж програми. Це електричний перетворювач інформації.

Обчислювальний комплекс - це набір технічних засобів з базовим програмним забезпеченням для введення, виведення та обробки інформації.

Обчислювальна система - це обчислювальний комплекс вузької спеціалізації.

Існує два різновиди обчислювальних засобів в залежності від способу обробки інформації - аналогові та цифрові (дискретні).

Архітектура центрального ПК -це структурна схема внутрішньої організації і взаємодії основних функціональних модулів ПК:

Процесор;

Материнська плата;

Пам'ять;

Мультимедія;

Поняття архітектури ЕОМ коли відбувся розподіл між програмістами та апаратниками.

Архітектура ЕОМ передбачає опис програмного, мікро програмного та апаратного забезпечення, у конкретній реалізації.

Виділяють: архітектори (формують архітектурні особливості), програмісти-користувачі (для них важливі лише ті моменти, на особливості яких вони можуть розраховувати, реально використовувати).

Основні архітектурні властивості:

система числення;

форма представлення чисел;

продуктивність ( це об'єм обчислювальної роботи яку може реально виконати система за одиницю часу);

швидкодія - це швидкість коротких операцій за одну секунду;

можливість обробки зовнішніх переривань;

підтримка режиму прямого доступу до пам'яті;

об'єм, структура пам'яті та способи адресації;

В поняття архітектури не входить поняття особливості архітектури ЕОМ.

Основні поняття мікропроцесорної техніки.

Мікропроцесори і мікроЕОМ - масова продукція електронної промисловості. Знання основ мікропроцесорної техніки необхідні інженерам будь-якого профілю, особливо і інженерам-системотехнікам, інженерам-конструкторам та інженерам-технологам обчислювальних систем (ОС).

Мікропроцесори (МП) знайшли широке застосування в сучасних ОС та радіоелектронних пристроях (РЕП), технологічних системах контролю, гнучких автоматизованих та інших виробництвах. Використання МП сприяло значному підвищенню продуктивності праці, поліпшенню якості апаратури різного призначення. Завдяки застосуванню МП і мікробом у технічних системах розширилися функціональні можливості апаратури, підвищились її надійність і стабільність функціонування, поліпшилась якість обробки інформації.

Перспективи та можливості застосування МП і мікроЕОМ в обчислювальних системах ще повністю не розкриті. Постійно вдосконалюються технологія та архітектура МП. Так, розрядність сучасних одно кристальних МП досягає 64 біт. При виконанні МП і мікроЕОМ розробники повинні вміти оцінювати можливості їх архітектури та технічні характеристики, а також володіти мовами програмування різних рівнів. Для створення системного програмного забезпечення поширена мова асемблера, але щодо продуктивності праці програмістів задачі обробки даних розв'язуються за допомогою мов високого рівня. Тому сучасним інженерам - спеціалістам з обчислювальної техніки необхідні знання в галузі як архітектури МП, так і програмування радіотехнічних задач на мовах різних рівнів.

До основних понять мікропроцесорної техніки належать: ”мікропроцесор”, “ІС”, “ІМС”, “ВІС”, “НВІС”, “мікропроцесорний комплект ВІС”, “мікропроцесорний пристрій”, “мікропроцесорна система”, “мікропроцесорна техніка”, “мікроЕОМ”, “комп'ютер персональний”, “побутовий персональний комп'ютер”, “професійний персональний комп'ютер”, “мікро контролер” та ін.

Крім того, в мікропроцесорній техніці використовують поняття, властиві взагалі обчислювальній техніці, зокрема “магістраль”, “шина”, “інтерфейс”, “системний інтерфейс”, “малий інтерфейс”, “адаптер”, “протоколи”, “лінія інтерфейсу” та ін.

При вивченні програмних засобів у мікропроцесорній техніці використовують поняття, які збігаються за назвою з поняттями опису програмних засобів загалом в обчислювальній техніці, зокрема “алгоритм”, “програма”, “програмне забезпечення” та ін.

Одним з головних, базовим поняттям мікропроцесорної техніки, є “мікропроцесор”.

Мікропроцесор - складний програмно-керований пристрій, призначений для обробки цифрової інформації та керування процесом цієї обробки, виконаний у вигляді однієї чи кількох інтегральних мікросхем підвищеного ступеня інтеграції (ВІС чи НВІС).

Інтегральна мікросхема (ІМС) - мікроелектронний вибір, що виконує певну функцію перетворення, обробку сигналів і (чи) накопичення інформації, який має велику щільність упакування електрично з'єднаних елементів (чи елементів і компонентів) та (чи) кристалів і розглядається щодо вимог випробувань, постачання та експлуатації як єдине ціле.

Напівпровідникова ІМС - інтегральна мікросхема, всі елементи та міжелементні з'єднання якої виконані всередині і на поверхні напівпровідника.

Цифрова ІМС - інтегральна мікросхема, призначена для перетворення й обробки сигналів, що змінюються за законом дискретної функції.

Ступінь інтеграції - показник ступеня складності ІМС, що характеризується кількістю елементів і компонентів, які містяться в ній. Ступінь інтеграції визначається за формулою k=lgN, де k - коефіцієнт, що визначає ступінь інтеграції, значення якого округлюється до найбільшого цілого числа; N - число елементів і компонентів ІМС.

Велика інтегральна мікросхема (ВІС) - інтегральна мікросхема, що містить 500 і більше елементів, виготовлених за біполярною технологією, або 1000 і більше, виготовлених за МДП-технологією, над велика інтегральна схема (НВІС) - понад 10 000 елементів.

Комплект ВІС - сукупність типів ВІС, що виконують різноманітні функції, сумісні за архітектурою, конструктивним виконанням та електричними параметрами і забезпечують можливість їх сумісного використання при виготовленні мікропроцесорної техніки.

Мікропроцесорний комплект (МПК) - сукупність мікропроцесорних та інших ІМС, які сумісні за архітектурою, конструктивним виконанням та електричними параметрами і забезпечують можливість їх сумісного використання.

Мікропроцесор описується численними параметрами, притаманними як електронним приладам (швидкодія, споживана потужність, габарити, маса, кількість рівнів живлення, надійність, вартість, тип корпуса, температурний діапазон та ін.) , так і обчислювальним засобам (розрядність, цикл виконання команди чи мікрокоманди, кількість внутрішніх регістрів, наявність мікро командного рівня, тип стекової пам'яті, склад програмного забезпечення та ін.)

Мікропроцесорний пристрій (МПП) - функціонально і конструктивно закінчений виріб, що є схемно-конструктивним з'єднанням кількох мікросхем, у тому числі одного чи декількох мікропроцесорів, призначений для виконання однієї чи кількох з функцій: одержання, обробка, передання, перетворення інформації та керування.

МПП має уніфіковані з'єднувальні характеристики (інтерфейс, конструкцію та ін.) і функціонує у складі певної технічної системи.

Мікропроцесорна система (МПС) - сукупність значної кількості функціональних пристроїв, одним з яких є мікропроцесор.

Мікропроцесор є ядром цієї системи і виконує функції центрального пристрою керування та пристрою арифметично-логічного перетворення даних. Всі пристрої МПС мають стандартний інтерфейс і підключається до єдиної інформаційної магістралі.

Мікропроцесорна техніка - мікропроцесори і пристрої обчислювальної техніки, виконані на їх основі.

Це найзагальніше поняття обчислювальної техніки. На сьогодні майже вся вона побудована на базі мікропроцесорних пристроїв.

МікроЕОМ загального призначення - мікроЕОМ, що мають великі операційні ресурси, пристосовані для обробки різноманітних числових і текстових даних та призначені для користування в обчислювальних центрах.

Це найпоширеніший клас мікроЕОМ, який є базовим для персональних комп'ютерів.

Спеціалізовані ЕОМ - ЕОМ, призначені для реалізації певного конкретного алгоритму: перетворення Фур'є, обчислення кореляційних функцій та ін.

Вони є вузько профільними ЕОМ з обмеженою кількістю системних команд.

Вбудована мікроЕОМ (мікропроцесорний пристрій) - блок обробки даних і керування, призначений для використання побутових приладах, системах технологічного контролю чи керування, периферійних пристроях ЕОМ, оргтехніці та ін.

Найбільш масово ці ЕОМ використовують в побутовій техніці (телевізори, магнітоли, пральні машини та ін.)

Комп'ютер персональний (персональна ЕОМ) - діалогова система індивідуального користування, реалізована на базі мікропроцесорних засобів, малогабаритних зовнішніх запам'ятовуючих пристроїв і пристроїв реалізації даних, які забезпечують доступ до всіх ресурсів ЕОМ за допомогою розвинутої системи програмування мовою високого рівня.

Це - невелика за розміром і вартістю універсальна мікроЕОМ, призначена для індивідуального користування. Побутові персональні комп'ютери виконують функції домашнього інформаційного центра. Професійні персональні комп'ютери призначені для автоматизації різноманітних операції обробки великих обсягів інформації на робочому місці спеціаліста.

Мікроконтролер - керований пристрій, виконаний на одному чи кількох кристалах, функціями якого є логічний аналіз і керування.

2. Технологія SMM, SSE

Задавшись метою створення усе більш швидких і могутніх процесорів для портативних комп'ютерів, Intel розробила схему керування харчуванням. Ця схема дає можливість процесорам ощадливо використовувати енергію батарей і в такий спосіб продовжити термін її служби. Така можливість уперше була реалізована фірмою Intel у процесорі 486SL, що є удосконаленою версією процесора 486DX. Згодом, коли можливості керування харчуванням стали більш універсальними, їх почали вбудовувати в Pentium і в усі процесори більш пізніх поколінь. Система керування харчуванням процесорів називається SMM (System Management Mode - режим керування системою).

SMM фізично інтегрована в процесор, але функціонує незалежно. Завдяки цьому вона може керувати споживанням потужності, у залежності від рівня активності процесора. Це дозволяє користувачу визначати інтервали часу, після закінчення яких процесор буде чи частково цілком виключений. Дана схема також підтримує можливість припинення/поновлення, що дозволяє миттєво включати і відключати потужність, що звичайно використовується в портативних комп'ютерах. Відповідні параметри встановлюються в BIOS.

Процесор Pentium III, випущений у лютому 1999 року, містить відновлення технології MMX, що називаються SSE (Streaming SIMD Extensions - потокові розширення SIMD). Вони містять 70 нових інструкцій для роботи з графікою і звуком на додаток до існуючого командам MMX. Інструкції SSE подібні інструкціям MMX і попередньо називалися MMX-2. Операції з крапкою, що плаває, SSE реалізовані у виді окремого модуля в процесорі.

Нові інструкції SSE дозволяють більш ефективно працювати з тривимірною графікою, потоками аудио- і відеоданих, додатками розпізнавання мови. SSE забезпечує наступні переваги:

- більш високий дозвіл і краще якості при перегляді і редагуванні зображень;

- краща якість відтворення аудио- і відеофайлів у форматі MPEG2;

- менше завантаження процесора при роботі додатків розпізнавання мови.

Зверніть увагу, що найкращий результат при використанні нових інструкцій процесора забезпечується тільки за їхньою підтримкою на рівні додатків.

3. Режим роботи DRAM. Сторінковий режим

Оперативна пам'ять - це робоча область для процесора комп'ютера. У ній під час роботи зберігаються програми та дані. Оперативна пам'ять часто розглядається як тимчасове сховище, тому що дані та програми у ній зберігаються тільки при включеному комп'ютері або до натискання кнопки «Reset». Перед виключенням або натисканням кнопки «Reset». Всі дані, які змінювалися під час роботи, необхідно зберегти на запам'ятовуючому пристрої, який може зберігати інформацію постійно (зазвичай це жорсткий диск). При новому включені живлення збережена інформація знову може бути завантажена в пам'ять.

У сучасних комп'ютерах використовуються запам'ятовуючі пристрої трьох основних типів:

- ROM (Read Only Memory). Постійний запам'ятовуючий пристрій - ПЗП, який не здатний виконувати операцію запису даних.

- DRAM (Dynamic Random Access Memory). Динамічний запам'ятовуючий пристрій з довільним порядком вибірки.

- SRAM (Static RAM). Статична оперативна пам'ять.

Динамічна оперативна пам'ять (DRAM) використовується у більшості систем оперативної пам'яті сучасних комп'ютерів. Основна перевага цього типу пам'яті у тому, що її чарунки упаковані дуже щільно, тобто у невеличку мікросхему можна упакувати багато бітів, а значить, на їх основі можна збудувати пам'ять великої місткості.

Чарунки пам'яті у мікросхемі DRAM - це дрібні конденсатори, які утримують заряди. Саме так (наявністю або відсутністю зарядів) і кодуються біти. Проблеми, пов'язані з пам'яттю цього типу, викликані тим, що вона динамічна, тобто повинна постійно регенеруватися, так як в іншому випадку електричні заряди в конденсаторах пам'яті будуть «стікати» і дані будуть втрачені. Регенерація відбувається, коли кортролер пам'яті системи бере дрібний перерив і звертається до всіх рядків даних в мікросхемах пам'яті. Більшість систем мають контролер пам'яті (зазвичай вбудований у набір мікросхем системної плати), який настроєний на відповідну до промислових стандартів частоту регенерації, рівну 15 мкс. До всіх рядків даних звернення виконується по закінченню 128 спеціалльних циклів регенерації. Це означає, що кожні 1,92 мс (128х15 мкс) прочитуються усі рядки в пам'яті для забезпечення регенерації даних.

Регенерація пам'яті, нажаль, «віднімає час» у процесора: кожний цикл регенерації по тривалості займає декілька циклів центрального процесора. У старих комп'ютерах цикли регенерації могли займати до 10% (або й більше) процесорного часу, але у сучасних системах, працюючих на частотах, рівних сотням мегагерц, розходи на регенерацію складають 1% (або й менше) процесорного часу. Деякі системи дозволяють змінити параметри регенерації за допомогою програми установки CMOS, але збільшення часу між циклами регенерації може привести до того, що в деяких чарунках пам'яті заряд «стече», а це визве збої в пам'яті. У більшості випадків надійніше дотримуватись рекомендованою або заданою по замовчуванню частотою регенерації.

Оскільки затрати на регенерацію у сучасних комп'ютерах складають менше 1%, зміна частоти регенерації має незначний вплив на характеристики комп'ютера.

У пристроях DRAM для зберігання одного біта використовується тільки один транзистор і пара конденсаторів, тому вони більш ємкі, ніж мікросхеми інших типів пам'яті. У дійсний час маються мікросхеми динамічної оперативної пам'яті ємністю до 256 Мбіт і більше. Це означає, що подібні мікросхеми мають 256 млн (і навіть більше) транзисторів. Адже Pentium II має тільки 7,5 млн транзисторів. Звідки така різниця? Діло в тому, що у мікросхемі пам'яті усі транзистори та конденсатори розміщені послідовно, зазвичай у вузлах квадратної решітки, у вигляді дуже простих структур, які періодично повторюються, на відміну від процесора, який представляє собою більш складну схему різних структур, що не мають чіткої організації.

Транзистор для кожного однорозрядного регістра DRAM використовується для читання стану суміжного конденсатора. Якщо конденсатор заряджений, у чарунці записано 1; якщо заряду немає - записаний 0. Заряди у дрібних конденсаторах увесь час стікають, ось чому пам'ять повинна постійно регенеруватися. Навіть миттєве переривання подачі живлення або який-небудь збій в циклах регенерації приведе до втраті заряду у чарунці DRAM, а отже до втраті даних.

Динамічна оперативна пам'ять використовується в персональних комп'ютерах, оскільки вона не дорога, то мікросхеми можуть бути щільно упаковані, а це означає, що запам'ятовуючий пристрій великої ємкості може займати невеликий простір. Нажаль, пам'ять цього типу не відрізняється високою швидкодією, зазвичай вона набагато «повільніша» процесора. Тому існує безліч різних типів організації DRAM, які дозволяють поліпшити цю характеристику.

4. Жорсткі диски. Загальні відомості

Самим необхідним і в той же час самим загадковим компонентом комп'ютера є накопичувач на жорсткому диску. Як відомо, він призначений для зберігання даних, і наслідки його виходу з ладу у більшості випадків є катастрофічними. Для правильної експлуатації або модернізації комп'ютера необхідно добре уявляти собі, що ж це таке - накопичувач на жорсткому диску.

Основними елементами накопичувача є декілька круглих алюмінієвих або не кришталевих склоподібних пластин. На відміну від гнучких дисків (дискет), їх не можливо зігнути, звідси й з'явилася назва жорсткій диск. У більшості пристроїв вони не знімні, тому іноді такі накопичувачі називаються фіксованими (fixed disk). Існує також накопичувачі зі змінними дисками, наприклад пристрої Iomega Zip і Jaz.

Мал. Вигляд накопичувача на жорстких дисках зі знятою верхньою кришкою.

1

Накопичувачі на жорстких дисках зазвичай називають вінчестерами. Цей термін з'явився в 60-ті роки, коли фірма IBM випустила високо швидкий накопичувач з одним не знімним і одним змінним диском ємністю по 30 Мбайт. Цей накопичувач складався з пластин, які оберталися з великою швидкістю, та «парящими» над ними головками, а номер його розробки - 30-30. таке цифрове позначення (30-30) співпало з позначенням популярної нарізної зброї Winchester, тому термін вінчестер незабаром став застосовуватися у відношенні будь-якого стаціонарно закріпленого жорсткого диску. Це типовий професійний жаргон, насправді подібні пристрої не мають зі звичайними вінчестерами (тобто зі зброєю) нічого спільного.

Мал. Доріжки та сектора накопичувача на жорстких дисках.

1

Доріжка - це одне «кільце» даних на одній стороні диску. Доріжка запису на диску дуже велика, щоби використовувати її у якості одиниці зберігання інформації. В багатьох накопичувачах її ємність перевищує 100 000 байт, і відводить такий блок для зберігання невеликого файлу вкрай марнотратно. Тому доріжки на диску розбивають на нумеровані відрізки, які називаються секторами.

Список використаної літератури

1. В. Пасько. Microsoft Office 2000. Київ. 2000 рік.

2. Конспект лекцій.

3. Довідкова система Microsoft Excel 2003.

4. Інтернет.