Устройство для взаимодействия одной эвм с другими. Какое Устройство предназначено для взаимодействия одной ЭВМ с другой? Общие сведения и архитектура пэвм
Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы американским учёным Джоном фон Нейманом в 40-х годах 20 века:
-
1. Любую ЭВМ образуют три основные компоненты: процессор, память и устройства ввода-вывода (УВВ).
- набор команд по обработке (программы);
- данные подлежащие обработке.
3. И команды, и данные вводятся в память (ОЗУ) – принцип хранимой программы .
4. Руководит обработкой процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и логические операции над данными.
5. С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ).
Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе . Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через системную шину (другое название - системная магистраль).
Шина - это кабель, состоящий из множества проводников. По одной группе проводников - шине данных передаётся обрабатываемая информация, по другой - шине адреса - адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть магистрали - шина управления , по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др).
Системная шина характеризуется тактовой частотой и разрядностью. Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины . Тактовая частота характеризует число элементарных операций по передаче данных в 1 секунду. Разрядность шины измеряется в битах, тактовая частота – в мегагерцах.
Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом , передаваемым по адресной шине. Это может быть адрес ячейки памяти или адрес периферийного устройства. Необходимо, чтобы разрядность шины позволила передать адрес ячейки памяти. Таким образом, словами разрядность шины ограничивает объем оперативной памяти ЭВМ, он не может быть больше чем , где n – разрядность шины. Важно, чтобы производительности всех подсоединённых к шине устройств были согласованы. Неразумно иметь быстрый процессор и медленную память или быстрый процессор и память, но медленный винчестер.
Ниже представлена схема устройства компьютера, построенного по магистральному принципу:
В современных ЭВМ реализован принцип открытой архитектуры, позволяющий пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости её модернизацию. Конфигурацией компьютера называют фактический набор компонентов ЭВМ, которые составляют компьютер. Принцип открытой архитектуры позволяет менять состав устройств ЭВМ. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие.
Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали на физическом уровне осуществляется через специальный блок - контроллер (другие названия - адаптер, плата, карта). Для установки контроллеров на материнской плате имеются специальные разъёмы - слоты .
Программное управление работой периферийного устройства производится через программу - драйвер , которая является компонентой операционной системы. Так как существует огромное количество разнообразных устройств, которые могут быть установлены в компьютер, то обычно к каждому устройству поставляется драйвер, взаимодействующий непосредственно с этим устройством.
Связь компьютера с внешними устройствами осуществляется через порты – специальные разъёмы на задней панели компьютера. Различают последовательные и параллельные порты. Последовательные (COM – порты) служат для подключения манипуляторов, модема и передают небольшие объёмы информации на большие расстояния. Параллельные (LPT - порты) служат для подключения принтеров, сканеров и передают большие объёмы информации на небольшие расстояния. В последнее время широкое распространение получили последовательные универсальные порты (USB), к которым можно подключать различные устройства.
Минимальная конфигурация компьютера включает в себя: системный блок, монитор, клавиатуру и мышь.
Исторически компьютер появился как машина для вычислений и назывался электронной вычислительной машиной - ЭВМ. Структура такого устройства была описана знаменитым математиком Джоном фон Нейманом в 1945 г
Структура компьютера - это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.
Структура современного персонального компьютера представлена на рисунке ниже.
Рассмотрим принцип взаимодействия основных устройств.
Материнская (системная) плата - важнейший элемент ПК. На ней размещаются устройства, непосредственно осуществляющие процесс обработки информации (вычислений). Как правило, это микропроцессор, внутренняя память, системная шина, контроллер клавиатуры, генератор тактовой частоты, контроллер прерываний, таймер и др. Схемы, управляющие другими внешними устройствами компьютера, как правило, находятся на отдельных платах, вставляемых в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере - шине. Иногда эти контроллеры могут располагаться на системной плате. Наборы микросхем, на основе которых исполняются системные платы, называют чипсетами. Материнские платы различаются по типу процессоров, которые могут быть установлены на них, и названия фирм, их выпускающих. На материнских платах находятся специальные перемычки - джамперы, позволяющие подстроить ее под тип процессора и других устройств, устанавливаемых на ней.
Все дополнительные устройства взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных - шину. Виды слотов расширения различаются по типу шины. Данные могут передаваться между внешними устройствами и процессором, оперативной памятью и процессором, внешними устройствами и оперативной памятью или между устройствами ввода-вывода. Шина характеризуется типом, разрядностью, частотой и количеством подключаемых внешних устройств. При работе с оперативной памятью шина проводит поиск нужного участка памяти и обменивается информацией с найденным участком. Эти задачи выполняют две части системной шины: адресная шина и шина данных.
Аппаратно-логические устройства, отвечающие за совместное функционирование различных компонентов, называют интерфейсами. Современный компьютер заполнен разными интерфейсами, обеспечивающими всеобщее взаимодействие. На интерфейсы существуют стандарты.
Совокупность интерфейсов, реализованных в компьютере, образует то, что называют архитектурой компьютера.
Для добавления в ПК нового дополнительного устройства необходим контроллер - устройство, аппаратно согласовывающее работу системы и дополнительного устройства. Кроме того, необходим драйвер этого устройства - программа, позволяющая программно связать это устройство с системой в целом.
Контроллер должен учитывать аппаратные особенности подключаемого устройства, а драйвер должен позволить операционной системе, используя стандартный набор командных запросов, управлять нестандартным устройством.
Драйвер выступает в роли "переводчика" с языка операционной системы на язык конкретного устройства, контроллер выступает в роли аппаратного "мостика" между системой в целом и дополнительным устройством.
Центральной частью компьютера является системный блок, с присоединенными к нему клавиатурой, монитором и мышью. Системный блок и монитор независимо друг от друга подключаются к источнику питания - сети переменного тока. В современных компьютерах дисплей и системный блок иногда монтируются в едином корпусе.
В системном блоке располагаются все основные устройства компьютера:
микропроцессор - мозг компьютера, который выполняет поступающие на его вход команды: проводит вычисления и управляет работой остальных устройств ПК;
оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;
контроллеры, предназначенные для независимого от процессора управления отдельными процессами в работе ПК;
накопители на гибких магнитных дисках, используемые для чтения и записи на дискеты;
накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на жесткий магнитный диск (винчестер);
дисководы для компакт-дисков, обеспечивающие возможность чтения данных с компьютерных компакт-дисков и проигрывания аудиокомпакт-дисков, а также запись информации на компакт-диск;
блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток, подаваемый на электронные схемы компьютера;
счетчик времени, который функционирует независимо от того, включен компьютер или нет;
другие устройства.
Все компоненты ПК по их функциональному отношению к работе с информацией можно условно разделить на:
устройства обработки информации (центральный процессор, специализированные процессоры);
устройства хранения информации (жесткий диск, CD-ROM, оперативная память, др.);
устройства ввода информации (клавиатура, мышь, микрофон, сканер и т.д.);
устройства вывода информации (монитор, принтер, акустическая система и т.д.).
Микропроцессор (МП), или центральный процессор {CPU, от англ. Central Processing Unit) - основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.
Генератор тактовых импульсов. Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.
Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины.
Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.
Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему - контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.
Память (внутренняя - системная, включающая ОЗУ и ПЗУ и внешняя дисковая). ПЗУ (от англ. ROM, Read Only Memory - память только для чтения) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации. ОЗУ (от англ. RAM, Random Access Memory - память с произвольным доступом) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Дисковая память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач, в ней, в частности, хранится все программное обеспечение компьютера. В качестве устройств внешней памяти размещаемых в системном блоке, используются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках, накопители на оптических дисках (НОД) и др;
Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания - аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.
Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ иногда составляют 50 - 80% всего ПК, От состава и характеристик ВУ во многом зависят возможность и эффективность применения ПК в системах управления и в народном хозяйстве в целом.
ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:
внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;
устройства ввода информации;
устройства вывода информации;
средства связи и телекоммуникации.
Монитор - устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации.
Устройства речевого ввода-вывода относятся к быстроразвивающимся средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода - это различные микрофонные акустические системы, "звуковые мыши", например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать.
Устройства речевого вывода - это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громкоговорители (динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.
К устройствам ввода информации относятся:
клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК;
графические планшеты (диджитайзеры) - для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;
сканеры (читающие автоматы) - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканера в текстовом режиме считанные символы после сравнения с эталонными контурами специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных координат;
манипуляторы (устройства указания): джойстик - рычаг, мышь, трекбол - шар в оправе, световое перо и др. - для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК;
сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.
К устройствам вывода информации относятся:
принтеры - печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель;
графопостроители (плоттеры) - для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные.
Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры передачи данных, модемы).
Дополнительные схемы. К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора: математический сопроцессор, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.
Математический сопроцессор широко используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических, функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно (совмещено во времени) с основным МП, но под управлением последнего. Ускорение операций происходит в десятки раз.
Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств (монитор, принтер, НЖМД, НГМД и др.); освобождает МП от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.
Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний.
Прерывание - временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы.
Прерывания возникают при работе компьютера постоянно. Достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. МП, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы. Контроллер прерываний является программируемым.
Основные компоненты архитектуры ЭВМ:
Процессор,
Внутренняя (основная) память,
Внешняя память,
Устройства ввода, устройства вывода.
Внутренняя память ПК включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. ПЗУ - это память, предназначенная только для чтения. В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере. Основная память состоит из регистров. Регистр - это устройство для временного запоминания информации в оцифрованной (двоичной) форме. Запоминающим элементом в регистре является триггер - устройство, которое может находиться в одном из двух состояний(0,1). Число триггеров в регистре называется разрядностью компьютера (8, 16, 32 и 64). Процессор- центральное устройство компьютера.
Назначение процессора:
1. управлять работой ЭВМ по заданной программе;
2. выполнять операции обработки информации.
Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором. Микропроцессор выполнен в виде сверхбольшой интегральной схемы. Чем больше компонентов содержит микропроцессор, тем выше производительность компьютера.
Состав процессора:
Устройство управления (УУ),
Арифметико-логическое устройство (АЛУ),
Регистры процессорной памяти.
УУ управляет работой всех устройств компьютера по заданной программе. АЛУ - вычислительный инструмент процессора; это устройство выполняет арифметические и логические операции по командам программы. Важнейшей характеристикой процессора является тактовая частота - количество операций, выполняемых им за 1 секунду (Гц). Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через информационную магистраль (другое название - общая шина). Периферийные устройства - это устройства, с помощью которых информация или вводится в компьютер, или выводится из него. Они также называют внешними или устройствами ввода-вывода данных (клавиатура, монитор, дисковод).
Вопрос 12: Команда и ее формат. Взаимосвязь формата команды и основных параметров эвм.
Команда ЭВМ представляет собой код, определяющий операцию вычислительной машины и данные, участвующие в операции.
В команде, как правило, содержатся не сами операнды, а информация объект адресах ячеек памяти или регистрах, в которых они находятся. Код команды можно представить состоящим из нескольких полей, каждое из которых имеет свое функциональное назначение.
В общем случае команда состоит из:
¨ операционной части (содержит код операции);
¨ адресной части (содержит адресную информацию о местонахождении обрабатываемых данных и месте хранения результатов).
Структура команды определяется составом, назначением и расположением полей в коде.
Форматом команды называется заранее оговоренная структура полей ее кода с разметкой номеров разрядов (бит), определяющих границы отдельных полей команды, или с указанием числа разрядов (бит) в определенных полях, позволяющая ЭВМ распознавать составные части кода.
Взаимозависимость формата команды и основных параметров ЭВМ
Важной характеристикой команды служит ее длина, которая складывается из длины поля кода операции и суммы длин адресных полей.
Максимальное количество операций, которое может быть закодировано в поле кода операций длиной nкоп, составляет 2^nКОп. Тогда по известному количеству команд, составляющих систему команд данной ЭВМ, можно определить необходимую длину поля операции.
Естественно, что эта величина должна быть минимально возможным целым числом. Так, для ЭВМ, имеющей систему команд из 100 команд, длина поля кода операции составит 7 бит.
Современные ЭВМ имеют, как правило, запоминающие устройства с минимальной адресуемой единицей 1 байт (1 байт = 8 бит). Поэтому, например, адресация ЗУ объемом 1 мегабайт (1М байт = 220 байт) требует 20 разрядов адресного поля.
Одним из способов уменьшения длины поля адреса является введение в состав ЭВМ дополнительно специального блока памяти небольшого объема – регистровой памяти (РП). Это запоминающее устройство имеет высокое быстродействие и служит для хранения часто используемой информации: промежуточных результатов вычислений, счетчиков циклов, составляющих адреса при некоторых режимах адресации и т.д.. Так как объем РП невелик, адресация ее элементов требует относительно короткого адресного поля. Например, для регистровой памяти объемом 8 регистров требуется всего лишь трехразрядное адресное поле.
Изобретение относится к технике связи и вычислительной технике и предназначено для организации сопряжения между персональными ЭВМ в локальной сети связи при значительном удалении ЭВМ друг от друга. Цель изобретения - увеличение быстродействия. Устройство содержит группу канальных блоков 2, группу элементов ИЛИ 8, генератор 24 тактовых импульсов, распределитель 25 сигналов управления, дешифратор 26 управления. 5 ил.
Изобретение относится к технике связи и вычислительной технике и предназначено для организации сопряжения между персональными ЭВМ в локальной сети связи при значительном удалении ЭВМ друг от друга. Цель изобретения состоит в повышении быстродействия. На фиг. 1 изображена схема устройства для сопряжения ЭВМ с абонентами; на фиг. 2 - коммутационного блока; на фиг. 3 - распределителя сигналов управления; на фиг. 4 - дешифратора управления; на фиг. 5 - представлены диаграммы работы устройства. Устройство (фиг. 1) содержит информационный вход 1, канальные блоки 2.1. . . 2.n, управляющие входы 3-5, тактовый вход 6, информационные выходы 71. -7.n, группу элементов ИЛИ 8.1-8.n (n = 4), управляющие выходы 9.1...9. n, 10.1. ..10.n, выходы 11.1...11.n, выход 12 устройства для подключения к разряду шины данных ЭВМ, выход 13 устройства для подключения к разряду шины управления ЭВМ, выход 14 устройства для подключения к разряду ЭВМ, выход 15 устройства для подключения к разряду шины данных ЭВМ, информационные выходы 15.1...15.n и входы 16.1...16.n коммутационных блоков со стороны абонентов, выходы 17.1. . . 17.n, входы 18.1...18.n, 19.1...19.n, выходы 20.1...20.n, 21.1. . .21.n, выходы 22.1...22.n для подключения к тактовым входам абонентов, вход 23.1...23.n для подключения к тактовому выходу абонентов, генератор 24 тактовых импульсов, распределитель 25 сигналов управления, дешифратор 26 управления. Коммутационный блок (фиг. 2) содержит элементы И группы 27.m (m - число выводов абонента, (m = 9), элемент ИЛИ 28, вход 29.i разрешения, формирователь 30 импульса, выход 31.i. Распределитель сигналов управления (фиг. 3) содержит синхровход 32, элемент И 33, вход 34 разрешения, регистр 35 сдвига, вход 36 пуска, формирователь 37 импульса, элемент 38 задержки, элемент ИЛИ 39, формирователь 40. Дешифратор управления (фиг. 4) содержит элементы И 41.1-41.n и элемент ИЛИ 42. Работает устройство сопряжения следующим образом. К входам-выходам группы связи с ЭВМ подключаются цепи разъема интерфейса ЭВМ для работы с удаленными станциями в последовательном режиме передачи данных. К входам-выходам канальных групп подсоединяются разъемы аппаратуры передачи данных (АПД), посредством которой реализуется обмен данными между ЭВМ и удаленными объектами (другими ЭВМ или оконечным оборудованием данных). Устройство содержит входы-выходы общего назначения, отвечающие ГОСТ 18145-81, которые по функциям можно резделить на шины данных, шины управления и шины синхронизации. При совместной работе ЭВМ и АПД должны выполняться следующие условия: если на выходе 14 нет потенциала, то ЭВМ не должна считаться с состоянием остальных выходов группы связи с ЭВМ, если на входе 20 нет потенциала, то АПД не должна считаться с состоянием остальных входов канальной группы. Потенциалы на выходе 14 и входе 4 указывают на достоверность исходящих от ЭВМ и АПД сигналов на остальных входах-выходах. При возникновении потенциала на входе 3 АПД, имеющая запрос на связь, переходит в режим передачи, информирует об этой ситуации удаленную АПД и переводит ее в состояние приема данных. При возникновении потенциала на выходе 13 ЭВМ может посылать данные на информационный вход 1 через устройство на соответствующий выход 15. При этом АПД гарантирует, что все данные, посланные до того, как на одном из входов-выходов 3, 13, 14, 4 группы связи с ЭВМ снова появится потенциал, действительно переданы в канал связи. Данные передаются от ЭВМ по информационному входу 1 в устройство передачи в АПД и канал связи в течение времени, когда на входах-выходах 3, 13, 14, 4 имеется потенциал (фиг. 5). Потенциал на выходе 14 должен быть ответом на потенциал с входа 20.i. При этом настройка канала данных не имеет место, пока на выходе 14 не появится потенциал. На информационном входе 3 должен присутствовать потенциал до конца последнего элемента данных (или элемента остановки), передаваемого через информационный вход 1.i. Потенциал на выходе 13 является ответным потенциалу на управляющем входе 3, причем задержку ответа на управляющем входе 13 определяют типом используемых АПД. Управляющий вход 5 (сигнал с которого затем коммутируется на выход 21) представляет собой детектор принимаемого линейного канала данных и указывает на нахождение уровня сигнала в установленных для АПД пределах. Запрос передачи от ЭВМ по управляющему входу 3 вызывает ответ о готовности АПД к передаче с выхода 18.i канальной группы. Аналогично запрос передачи от АПД по входу 17.i получает ответ о готовности ЭВМ передавать данные с выхода 13 группы входов-выходов группы связи с ЭВМ. Когда на управляющих входах 3 и 4, на выходах 13 и 14 присутствует потенциал, данные передаются от ЭВМ по входу 1 через коммутатор на вход 15.i в АПД и аналогично от АПД в ЭВМ с выхода 16.i канальной группы на информационный выход 12 группы входов-выходов связи с ЭВМ. Управляющие сигналы с распределителя 25 сигналов управления подаются в коммутационные блоки 2.i (i = 1,
). Если на входе коммутационного блока 2. i (i = 1,
) присутствует потенциал, то разрешается обмен с i-м АПД. При отсутствии потенциала обмен не разрешается. В блоке 2.i (i = 1,
) управляющий потенциал с входа 29.i поступает на входы элементов И 27.1-27.9. На входы этих элементов поступают сигналы с ЭВМ и i-й АПД. Если на обоих входах присутствует потенциал, то этот элемент И открыт и на его выходе имеется потенциал. Потенциалы с выходов элементов И 27.1, 27.6, 27.2, 27.7, 27.8, 27.3, 27.4 поступают на входы элемента ИЛИ 28 соответственно. Если на выходе элемента ИЛИ 28 присутствует потенциал, то в формирователе 30 сигнала на выходе нет сигнала, что говорит о том, что идет обмен с i-м АПД. Если на выходе элемента ИЛИ 28 нет потенциала, т.е. все элементы И заперты, то в формирователе сигнала формируется информационный сигнал об окончании работы с i-й АПД.
Импульсы с выхода генератора 24 тактовых импульсов поступают на вход элемента И 33, на второй вход которого поступает управляющий потенциал с дешифратора 26 управления. Выходной потенциал с элемента И 33 поступает на тактовый вход регистра 35 сдвига. Перед началом работы при включении питания импульс с шины 36 подачи питания через формирователь 37 сигнала переднего фронта подается на вход сброса в ноль регистра 35 сдвига, а также через элемент 38 задержки поступает на вход элемента ИЛИ 39. Сигнал с выхода элемента ИЛИ 39 записывает единицу в первый разряд регистра 35. При получении с дешифратора 26 сигнала об окончании обмена с i-м АПД по входу 34 открывается элемент И 33 в регистре 35 сдвига происходит сдвиг, в результате которого сигнал, разрешающий обмен, появляется на выходе 29.i. В итоге разрешается обмен с i-м АПД блок 2.i коммутаций. Рассмотрим работу устройства на конкретном примере. Временные диаграммы для данного примера приведены на фиг. 5. Пусть в момент времени t закончился обмен данными с (i-1)-м абонентом, т. е. на всех информационных, управляющих входах группы связи с ЭВМ и канальных групп отсутствует потенциал. Поэтому в (i-1)-м канальном блоке элемента И 27 группы закрыты и на выходе элемента ИЛИ 28 имеется нулевой потенциал. При отсутствии потенциала на входе формирователь сигнала формирует информационный сигнал 31. i-1 об окончании передачи данных через коммутационный блок 2.i об окончании обмена ЭВМ с (i-1)-й АПД. Сформированный сигнал об окончании обмена с (i-1)-й АПД подается через информационный вход 31. i-1 дешифратора 26 на инверсный вход элемента И 41.i-1, на прямой вход которого поступает управляющий сигнал 29.i-1 с распределителя сигналов управления. На инверсном входе нет потенциала, на прямом входе есть потенциал, элемент И 41.i-1 открывается и имеется потенциал на выходе элемента ИЛИ 42, потенциал с выхода которого подается на тактовый вход распределителя сигналов управления. Элемент И 33 открыт, тактовый импульс с генератора 24 тактовых импульсов поступает на тактовый вход регистра 35 сдвига, который переключается, и потенциал присутствует на выходе 29, тем самым разрешен обмен по i-й коммутационной группе.
Формула изобретения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОПРЯЖЕНИЯ ЭВМ С АБОНЕНТАМИ, содержащее дешифратор управления, четыре элемента ИЛИ и генератор тактовых импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно содержит распределитель сигналов управления и группу коммутационных блоков, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с синхровходом распределителя сигналов управления, вход пуска которого соединен с входом пуска устройства, выходы которого соединены с информационными входами дешифратора управления и входами синхронизации соответствующих коммутационных блоков группы, группа выходов дешифратора управления соединена с входами разрешения соответствующих коммутационных блоков группы, первые управляющие входы которых являются входами устройства для подключения к выходу самосинхронизации соответствующих абонентов, выход дешифратора управления соединен с входом разрешения распределителя сигналов управления, первые, вторые, третьи и четвертые выходы коммутационных блоков группы соединены с входами первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ соответственно, выход первого элемента ИЛИ соединен с выходом устройства для подключения к разряду шины данных ЭВМ, выходы второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены с выходами устройства для подключения к соответствующим разрядам шины управления ЭВМ, группа управляющих входов устройства для подключения к группе разрядных выводов шины управления ЭВМ соединена с первыми группами управляющих входов коммутационных блоков группы, первые информационные входы которых образуют вход устройства для подключения к шине данных ЭВМ, пятые выходы коммутационных блоков группы соединены с выходами устройства для подключения к информационным входам соответствующих абонентов группы, шестой, седьмой, восьмой и девятый выходы коммутационных блоков группы являются выходами устройства для подключения к соответствующим разрядам входа управления соответствующих абонентов, вторые информационные входы коммутационных блоков группы являются входами устройства для подключения к выходу данных соответствующих абонентов.
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Цель урока: Объяснить учащимся общий принцип организации хранения информации в памяти ЭВМ и обмена информацией между устройствами компьютера, а также программный принцип работы ЭВМ.
1. Внутренняя архитектура компьютера.
Персональные компьютеры - это универсальные устройства для хранения, обработки и передачи информации.
Архитектура ЭВМ - это общее описание структуры и функций ЭВМ. Архитектура не несет в себя описание деталей технического и физического устройств а компьютера.
Основные компоненты архитектуры ЭВМ:
- процессор,
- внутренняя (основная) память,
- внешняя память,
- устройства ввода, устройства вывода.
Практически все модели современных ПК имеют магистральный тип архитектуры (в том числе самые распространенные в мире IBM PC и Apple Macintosh).
Схема устройства компьютеров, построенных по магистральному принципу.
Процессор Внутренняя память
Периферийные устройства
Память компьютера
Память ПК делится на внутреннюю и внешнюю.
Внутренняя память ПК включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
ОЗУ -быстрая, полупроводниковая, энергозависимая память. В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. Это значит, что когда вы запускаете какую-либо компьютерную программу, находящуюся на диске, она копируется в оперативную память, после чего процессор начинает выполнять команды, изложенные в этой программе. Часть ОЗУ, называемая “видеопамять”, содержит данные, соответствующие текущему изображению на экране. При отключении питания содержимое ОЗУ стирается. Быстродействие (скорость работы) компьютера напрямую зависит от величины его ОЗУ, которое в современных
компьютерах может доходить до 4 Гбайт. В первых моделях компьютеров оперативная память составляла не более 1 Мбайт. Современные прикладные программы часто требуют для своего выполнения не менее 4 Мбайт ОЗУ; в противном случае они просто не запускаются.
ОЗУ - это память, используемая как для чтения, так и для записи информации. При отключении электропитания информация в ОЗУ исчезает (энергозависимость).
ПЗУ - быстрая, энергонезависимая память. ПЗУ - это память, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере.
В ПЗУ находятся:
- тестовые программы, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков;
- программы для управления основными периферийными устройствами -дисководом, монитором, клавиатурой;
- информация о том, где на диске расположена операционная система.
Процессор
Процессор - центральное устройство компьютера.
Назначение процессора:
- управлять работой ЭВМ по заданной программе;
- выполнять операции обработки информации.
Микропроцессор выполнен в виде сверхбольшой интегральной схемы. Термин “большая” относится не к размерам, а к количеству электронных компонентов, размещенных на маленькой кремниевой пластинке. Их число достигает нескольких миллионов. Чем больше компонентов содержит микропроцессор, тем выше производительность компьютера. Размер минимального элемента микропроцессора в 100 раз меньше диаметра человеческого волоса. Микропроцессор штырьками вставляется в специальное гнездо на системной плате, которое имеет форму квадрата с несколькими рядами отверстий по периметру.
Возможности компьютера как универсального исполнителя по работе с информацией определяются системой команд процессора. Эта система команд представляет собой язык машинных команд (ЯМК). Из команд ЯМК составляются программы управления работой компьютера. Отдельная команда определяет отдельную операцию (действие) компьютера. В ЯМК существуют команды, по которым выполняются арифметические и логические операции, операции управления последовательностью выполнения команд, операции передачи данных из одних устройств памяти в другие и пр.
Состав процессора:
- устройство управления (УУ),
- арифметико-логическое устройство (АЛУ),
- регистры процессорной памяти.
АЛУ - вычислительный инструмент процессора; это устройство выполняет арифметические и логические операции по командам программы.
Регистры - это внутренняя память процессора. Каждый из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты, программы.
Важнейшей характеристикой процессора является тактовая частота - количество операций, выполняемых им за 1 секунду (Гц). Процессор 8086, произведенный фирмой Intel для персональных компьютеров IBM, мог выполнять не более 10 млн. операций в секунду, т. е. его частота была равна 10 МГц. Тактовая частота процессора 80386 составляла уже 33 МГц, а современный процессор Pentium совершает в среднем 100 млн. операций в секунду.
Кроме того, каждый конкретный процессор может работать не болев чем с определенным количеством оперативной памяти. Для процессора 8086 это количество составляло всего лишь 1 Мбайт, для процессора 80286 оно увеличилось до 16 Мбайт, а для Pentium составляет 1 Гбайт. Кстати, в компьютере, как правило, имеется гораздо меньший объем оперативной памяти, чем максимально возможный для его процессора.
Процессор и основная память находятся на большой плате, которая называется материнской. Для подключения к ней различных дополнительных устройств (дисководов, манипуляторов типа мыши, принтеров и т. д.) служат специальные платы - контроллеры. Они вставляются в разъемы (слоты) на материнской плате, а к их концу (порту), выходящему наружу компьютера, подключается дополнительное устройство.
Примеры характеристик микропроцессоров:
- МП Intel-80386: адресное пространство -232 байта = 4 Гб, разрядность 32, тактовая частота - от 25 до 40 МГц
- МП Pentium: адресное пространство - 232 байта = 4 Гб, разрядность - 64Тб, тактовая частота - от 60 до 100 МГц.
Магистраль - это кабель, состоящий из множества проводов.
По одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) - адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали - шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.).
Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины . Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине (как письмо сопровождается адресом на конверте). Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства.
В современном ПК реализован принцип открытой архитектуры . Этот принцип позволяет менять состав устройств (модулей) ПК. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие. Возможно увеличение внутренней памяти, замена микропроцессора на более совершенный. Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали осуществляется через специальный блок - контроллер (другое название - адаптер). Программное управление работой устройства производится через программу - драйвер. которая является компонентой операционной системы. Следовательно, для подключения нового периферийного устройствах компьютеру необходимо использовать соответствующий контроллер и установить в ОС подходящий драйвер.
Основные периферийные устройства
Периферийные устройства - это устройства, с помощью которых информация или вводится в компьютер, или выводится из него. Они также называют внешними или устройствами ввода-вывода данных. Условно их можно разделить на основные, без которых работа компьютера практически невозможна, и прочие, которые подключаются при необходимости. К основным устройствам относятся клавиатура, монитор и дисковод.
Клавиатура служит для ввода текстовой информации. Внутри нее имеется микросхема - шифратор, - которая преобразует сигнал от конкретной клавиши в соответствующий данному знаку двоичный код.
Монитор (дисплей)
в зависимости от конкретной программы работает в одном из двух режимов - текстовом
или графическом.
В текстовом режиме экран состоит из отдельных участков - знакомест.
В каждое знакоместо может быть выведен один символ. В области видеопамяти в этот момент находятся данные, характеризующие каждое знакоместо, - цвет символа, цвет фона, яркость и т. д. В графическом режиме экран состоит из отдельных точек - пикселей.
Данные в видео памяти характеризуют цвет конкретного пикселя - так создается изображение. Количество пикселей, из которых состоит экран монитора, называется разрешающей способностью монитора.
Характеристики распространенных в настоящее время мониторов приведены в таблице:
| Монитор | Текстовый режим | Графический режим |
| CGA | 80х25, 16 цветов | 640х200, 2 цвета; 20х200, 4 цвета |
| EGA | 80х25 16 цветов; 80х43, 16 цветов | 640х350, 16 цветов |
| VGA | 80х25, 16 цветов; 80х50, 16 цветов | 640х480, 16 цветов |
| SVGA | 80х50, 16 цветов | 640х480, 256 цветов; 800х600, 16 цветов |
Дисковод. Диски
Для сохранения информации ее записывают на специальные жесткие и гибкие магнитные диски. Запись основана на способности некоторых материалов, содержащих в своей основе железо, сохранять на кольцеобразные дорожки диска в виде двух по-разному намагниченных участков. Дорожки состоят из отдельных частей - секторов по 512 байт. Дорожки и сектора нумеруются.
Накопитель на магнитных дисках (дисковод) состоит из мотора, служащего для вращения диска и специальной читающей и записывающей магнитной головки.
Жесткий магнитный диск (винчестер) размещается внутри компьютера. Объем жесткого диска может составлять от 10 Мбайт до 1 Гбайта (и это не предел). Компьютер может иметь пакет (несколько) винчестеров.
Гибкие магнитные диски (дискеты)
бывают двух типов: 3-дюймовые (3,5" - 8 мм) и 5-дюймовые (5,25" - 133 мм). Тип определяется диаметром диска, находящегося внутри пластиковой коробки. Сама пластиковая коробка выполняет функцию защиты от внешних воздействий. Объем дискеты зависит от плотности записи на дорожке, которая бывает одинарной (SD - Single Density), двойной (DD - Double Density), четырехкратной (QD - Quadrupty Density) и высокой (HD - High Density), а также от количества рабочих сторон на дискете (односторонняя (Single Sided - SS и двухсторонняя (Double Sided - DS)). Максимальный объем дискеты обычно обозначен в ее маркировке. В следующей таблице приведены наиболее употребляемые в настоящее время типы дискет:
| 3-дюймовые | 5-дюймовые |
|||
| Дискеты | DS/DD | DS/HD | DS/DD | DS/HD |
| Объем | 720 Кбайт | 1,44Мбайт | 360 Кбайт | 1,2Мбайт |
Сразу после покупки дискету нельзя использовать. Сначала ее нужно отформатировать с помощью соответствующей компьютерной программы.
Форматирование (инициализация) - процесс нарезки дорожек на дискете, разбиение дорожек на сектора, проставление на них специальных меток. Любую дискету можно отформатировать на максимально возможный для нее объем или на любой меньший объем, предназначенный для данного типа дискет. Современные программы форматирования (например, FFOR-МАТ) позволяют разметить дискету на нестандартный объем (747 Кбайт, 1,49 Мбайт и т. п.). Для того чтобы компьютер затем мог работать с таким типом дискет, следует загрузить специальную программу поддержки (например, PU_1700). Форматировать можно и бывшую в работе дискету, при этом все данные на ней уничтожаются.
В процессе эксплуатации на поверхности дисков могут появиться испорченные, так называемые сбойные участки. Информация, записанная на сбойный участок, не читается. Поэтому следует периодически проверять диски специальной программой типа NDD. Программа выявляет дефектные участки и помечает их таким образом, что при записи на диск эти участки автоматически пропускаются. Кроме того, программа может восстановить данные, попавшие на сбойный участок.
Прочие периферийные устройства
- Принтер
В отличие от основных периферийных устройств те устройства, которые мы назвали прочими, подключаются к компьютеру в зависимости от конкретных нужд пользователя.
Принтер - устройство для вывода на бумагу текстов и графических изображений. В настоящее время используется несколько типов принтеров.- Матричный принтер. Принцип действия такого принтера основан на том, что печатающая головка, содержащая металлические иголки, движется вдоль печатаемой строки. Иголки в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту - изображение формируется из отдельных точек. Красящая лента может быть намотанной на катушки (как в пишущей машинке) или уложенной в специальную коробку (картридж). Матричные принтеры - наиболее дешевые. Качество печати у них, как правило, невысокое. Скорость печати в среднем - 1 минута на страницу. Матричные принтеры - не цветные.
- Струйный принтер. В принтерах этого типа мельчайшие капли краски выдуваются на бумагу через крошечные сопла. Эти принтеры обеспечивают достаточно высокое качество печати. Скорость печати в среднем - 1 минута на страницу. Существуют цветные и не цветные струйные принтеры.
- Лазерный принтер. В таких принтерах частицы краски переносятся со специального красящего барабана на бумагу посредством электрического поля. Качество печати - высокое. Скорость печати в среднем - от 4 до 15 страниц за 1 минуту. Существуют цветные и не цветные лазерные принтеры.
- Плоттер (графопостроитель) служит для печати на бумагу чертежей. Изображение создается двигающимся по листу пером с цветной тушью. Обычный плоттер может выводить чертеж на лист размером до А1 (841х594 мм). Но существуют большие плоттеры, выводящие изображение на лист с размерами до 3х3 м. Скорость печати для листа А1 средней наполненности - 1 час.
- Сканер предназначен для ввода в компьютер представленных в печатном виде текстовых и графических данных. Имея сканер, можно не утруждать себя, создавая рисунок с помощью графического редактора, а быстро набросать изображение от руки на листе бумаги и ввести в компьютер с помощью этого устройства. Аналогично можно ввести и рукописный текст, который при наличии программы распознавания будет автоматически преобразован в напечатанный вид. Сканеры бывают ручными (которыми проводят сверху по листу) и планшетными (лист кладется внутрь сканера).
- Стример - это устройство для резервного копирования данных винчестера на случай их возможной потери (вирус, поломка). Если использовать для этой цели дискеты, потребуется не только много дискет, но и много времени. Стример быстро записывает данные на магнитную ленту в специальной кассете. Новейшие разработки позволяют использовать для этой цели обычные видеокассеты.
- Устройства управления курсором
служат для быстрого перемещения курсора по экрану.
- Наиболее распространенным среди них является манипулятор типа “мышь” (или просто “мышь”). Внутри него имеется шар, который при движении мыши катится по поверхности и передает свое движение специальным роликам. Сигналы от роликов поступают в компьютер.
- Трекбол напоминает мышь, перевернутую вверх ногами. В движение приводят шар, закрепленный на роликах. Трекбол обычно используется в переносных компьютерах типа notebook.
- Джойстик представляет собой рукоятку с кнопками и применяется, как правило, для игр и тренажеров.
- Отдельные компьютеры могут связываться друг с другом посредством телефонной сети. Пользователь, подключивший свой компьютер в такую сеть, получает доступ практически к неограниченному объему информации. Компьютерные сигналы - это сигналы постоянного тока. Телефонная сеть их передавать не может. Для преобразования компьютерных сигналов в сигналы, способные передаваться по телефонной сети (иными словами, для их модуляции - преобразования в комбинацию звуковых сигналов различной частоты), применяется специальное устройство, называемое модем (сокращение слов модулятор-демодулятор).
Привод CD-ROM функционально аналогичен дисководу, но предназначен для чтения компакт-дисков. Компакт-диск (CD-ROM - Compact-Disk-Read-Only Memory), подобно дискете, служит для хранения различных данных и аудио видеоинформации, представленной в двоичном виде. Однако если на магнитных дисках двоичные числа представлены в виде двух по-разному намагниченных участков, то здесь использован другой принцип. Спиральная дорожка состоит из одинаковых по протяженности, но разных по высоте участков. Для создания такой формы (“вспучивания”) нужные участки дорожки “нагревают” лучом лазера. При чтении данных используется луч лазера меньшей мощности. Когда такой луч падает на “вспученный” участок, он отражается от его поверхности и попадает в светоприемник. На низкий участок луч не попадает, а следовательно, не отражается. Таким образом, сигналы в светоприемнике представлены как “ 1 ” - наличие сигнала и “О” - его отсутствие. Компакт-диски выполнены из алюминия или золота и залиты в пластик. На одном компакт-диске может быть записано до 640 Мбайт информации.
Домашнее задание.
- Найти и выписать следующие термины:
- интерфейс
- программа
- микропроцессор
- контроллер (адаптер)
- электронная плата.
- системная магистраль (шина)
Проверочная работа
Выберите правильный ответ из предложенных .
- Информация о том, в каком месте на диске находится операционная система, расположена в
- регистрах ОЗУ;
- регистрах процессора.
- Разрядность компьютера - это
- число регистров в компьютере;
- число регистров в триггере;
- число триггеров в компьютере;
- число триггеров в регистре.
- УУ является частью
- процессора;
- оперативной памяти.
- Логические операции над данными производит
- оперативная память;
- Периферийные устройства подключаются к материнской плате через
- регистры;
- слоты;
- контроллеры;
- внешние устройства.
- С 4 Мбайтами памяти может работать процессор
- 8086;
- 80286;
- 80386.
- Тактовую частоту 100 МГц имеет процессор
- 80386SX;
- 80386DX;
- 486SX;
- 486DX;
- Pentium.
- К основным периферийным устройствам относятся:
- устройства управления курсором, клавиатура, монитор, дисковод;
- монитор, клавиатура, дисковод;
- дисковод, принтер, монитор;
- монитор, дисковод, принтер, клавиатура.
- 256 цветов в графическом режиме имеет монитор
- SVGA.
- Размер сектора диска составляет
- 128 байт;
- 256 байт;
- 512 байт;
- 1024 байт.
- 3-дюймовую дискету марки DS/DD можно отформатировать максимум на
- 360 Кбайт;
- 720 Кбайт;
- 1,2 Мбайт;
- 1,44 Мбайт.
- 3-дюймовую дискету марки DS/HD можно отформатировать максимум на
- 360 Кбайт;
- 720 Кбайт;
- 1,2 Мбайт;
- 1,44 Мбайт.
- Картридж с красящей лентой используется в
- струйном принтере;
- стримере;
- сканере;
- матричном принтере;
- графопостроителе.
- Наихудшее качество печати у
- струйного принтера;
- матричного принтера;
- лазерного принтера;
- графопостроителя.
- Для резервного копирования данных на винчестере предназначен
- сканер;
- модем;
- трекбол;
- плоттер;
- стример.
- На обычном компакт-диске можно записать данных максимум
- 460 Мбайт;
- 620 Мбайт;
- 640 Мбайт;
- 1064 Мбайт;
- 1024Мбайт.
