Устройство управления (ПУ) , который организует последовательное выполнение алгоритмов, расшифровка
команд, поступающих из запоминающего
устройства (см. ниже), реагирует на аварийные
ситуации и выполняет общие функции управления
всеми узлами вычислительной машины. Обычно ОП и ПУ объединяются в структуру, называемуюцентральным процессором . Следует обратить внимание, что требование
именно последовательного, в порядке поступления
из памяти (в порядке изменения адресов
в счетчике команд ) выполнения команд является принципиальной. Архитектуры, которые не соблюдают такого
принципа, вообще не считаются фон-неймановской.
Запоминающее устройство (ЗУ) - массив ячеек с уникальными идентификаторами (адресам), в которых
хранятся команды и данные.
Устройство ввода-вывода (ПВВ) , который обеспечивает связь ЭВМ с внешним миром, устройств, передающих информацию на переработку в ЭВМ и принимают результаты.
4.Логические основы построения
компьютера
Понятие, суждение,
умозаключение.
Логика изучает внутреннюю структуру
процесса мышления, который реализуется
в таких естественно сложившихся формах
мышления как понятие, высказывание
и умозаключение.
Мышление всегда
осуществляется через понятия, высказывания
и умозаключения.
Понятие – это форма мышления, которая выделяет
существенные признаки предмета или класса
предметов, позволяющие отличать их от
других.
Любое понятие характеризуется содержанием и объемом.
Содержание понятия – совокупность (множество) его признаков.
Объем понятия – множество предметов, к которым прилагается
понятие.
Высказывание – это формулировка своего понимания
окружающего мира. Высказывание является
повествовательным предложением, в котором
что-либо утверждается или отрицается.
По поводу высказывания можно сказать,
истинно оно или ложно. В русском
в математической логике –
утверждение, истинность которого (в общем
случае) зависит от значений входящих
в него переменных.
Умозаключение – это форма мышления, с помощью которой
из одного или нескольких суждений может
быть получено новое суждение.
Рассуждение –
цепочка фактов, общих положений и умозаключений.
Умозаключение представляет собой переход
от сведений, которыми мы располагаем
до рассуждения (посылок или условий),
к выводам. Правильный способ умозаключений
из истинных посылок всегда ведет к истинным
выводам.
2. Алгебра логики
– определяет правила записи, вычисления
значений, упрощения и преобразования
высказываний.
В алгебре логики высказывания обозначают
буквами и называют логическими переменными.
Если высказывание истинно, то значение
соответствующей ему логической переменной
обозначают единицей (А = 1), а если ложно – нулём
(В = 0).
0 и 1 называются логическими значениями.
Высказывания бывают
простые и сложные.
Логические операции.
Конъюнкция –
логическая операция, ставящая в соответствие
каждым двум высказываниям новое высказывание,
являющееся истинным тогда и только
тогда, когда оба исходных высказывания
истинны.
Другое название: логическое умножение.
Дизъюнкция –
логическая операция, которая каждым двум
высказываниям ставит в соответствие
новое высказывание, являющееся ложным тогда и только
тогда, когда оба исходных высказывания
ложны.
Другое название: логическое сложение.
Обозначения: V, |, ИЛИ, +.
Инверсия – логическая операция, которая каждому
высказыванию ставит в соответствие новое
высказывание, значение которого противоположно
исходному.
Другое название: логическое отрицание.
Обозначения: НЕ, ¬ , ¯ .
Импликация – это логическая операция, ставящая
в соответствие каждым двум простым высказываниям
составное высказывание, являющееся ложным тогда и только тогда, когда
условие (первое высказывание) истинно,
а следствие (второе высказывание) ложно.
В естественном языке – “Если A, то B”;
Обозначение –
Логическая эквивалентность (равнозначность)
– это логическая операция, ставящая в
соответствие каждым двум высказываниям
составное высказывание, являющееся истинным тогда и только тогда, когда оба исходных высказывания одновременно
истины или одновременно ложны.
В естественном языке – “Тогда и только
тогда и в том и только том случае”;
Обозначение – ↔
Свойства логических
операций.
4. Базовые логические
элементы компьютера
Дискретный преобразователь,
который после обработки входных двоичных
сигналов выдает на выходе сигнал, являющийся
значением одной из логических операций,
называется логическим элементом.
Базовые логические элементы реализуют
три базовые логические операции:
логический элемент
“И” (конъюнктор) – логическое умножение;
логический элемент
“ИЛИ” (дизъюнктор) – логическое сложение;
логический элемент
“НЕ” (инвертор) – логическое отрицание.
Любая логическая операция может быть
представлена в виде комбинации трех базовых,
поэтому любые устройства компьютера,
производящие обработку и хранение информации,
могут быть собраны из базовых логических
элементов.
Логические элементы компьютера оперируют
с сигналами, представляющими собой электрические
импульсы.
Есть импульс – логическое значение сигнала 1, нет импульса – значение 0.
Решение. Все возможные комбинации сигналов
на входах А и В внесём в таблицу истинности.
Проследим преобразование каждой пары
сигналов при прохождении их через логические
элементы и запишем полученный результат
в таблицу.
Заполненная таблица истинности полностью
описывает рассматриваемую электронную
схему.
5.Структурная
схема и устройства ПК
Основным устройством ПК является материнская
плата, которая определяет его конфигурацию.
Все устройства ПК подключаются к этой
плате с помощью разъемов расположенных
на этой плате. Соединение всех устройств
в единую систему обеспечивается с помощью
системной магистрали (шины), представляющей
собой линии передачи данных, адресов
и управления.
Ядро ПК образуют процессор (центральный
микропроцессор) и основная память, состоящая
из оперативной памяти и постоянного запоминающего
устройства (ПЗУ) или перепрограммируемого
постоянного запоминающего устройства
ППЗУ. ПЗУ предназначается для записи
и постоянного хранения данных.
Подключение всех внешних устройств: клавиатуры,
монитора, внешних ЗУ, мыши, принтера и
т.д. обеспечивается через контроллеры, адаптеры,
карты.
Контроллеры, адаптеры или карты имеют
свой процессор и свою память, т.е. представляют
собой специализированный процессор.
Микропроцессор
Центральный микропроцессор (небольшая
микросхема, выполняющая все вычисления
и обработку информации) – это ядро ПК.
В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры
фирмы Intel и совместимые с ними микропроцессоры
других фирм.
Компоненты микропроцессора:
· АЛУ выполняет логические и арифметические
операции
· Устройство управления управляет
всеми устройствами ПК
· Регистры используются для хранения
данных и адресов
· Схема управления шиной и портами
– осуществляет подготовку устройств
к обмену данными между микропроцессором
и портом ввода – вывода, а также управляет
шиной адреса и управления.
Основные характеристики процессора:
· Разрядность – число двоичных разрядов,
одновременно обрабатываемых при выполнении
одной команды. Большинство современных
процессоров – это 32 – разрядные процессоры,
но выпускаются и 64 - разрядные процессоры.
· Тактовая частота – количество
циклов работы устройства за единицу времени.
Чем выше тактовая частота, тем выше производительность.
· Наличие встроенного математического
сопроцессора
· Наличие и размер Кэш- памяти.
Оперативная память
Оперативное запоминающее устройство
(ОЗУ или RAM) - область памяти, предназначенная
для хранения информации в течение одного
сеанса работы с компьютером. Конструктивно
ОЗУ выполнено в виде интегральных микросхем.
Из нее процессор считывает программы
и исходные данные для обработки в свои
регистры, в нее записывает полученные
результаты. Название “оперативная”
эта память получила потому, что она работает
очень быстро, в результате процессору
не приходится ждать при чтении или записи
данных в память.
Однако быстродействие ОЗУ ниже быстродействия
регистров процессора, поэтому перед выполнением
команд процессор переписывает данные
из ОЗУ в регистры. По принципу действия
различают динамическую память и статическую.
Ячейки динамической памяти представляют
собой микроконденсаторы, которые накапливают
заряд на своих обкладках. Ячейки статической
памяти представляют собой триггеры, которые
могут находиться в двух устойчивых состояниях.
Основные параметры, которые характеризуют
ОЗУ – это емкость и время обращения к
памяти. ОЗУ типа DDR SDRAM (синхронная память
с двойной скорость передачи данных) считается
наиболее перспективной для ПК.
Кэш-память
Компьютеру необходимо обеспечить быстрый
доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор
будет простаивать, и быстродействие компьютера
уменьшится. Поэтому современные компьютеры
оснащаются Кэш-памятью или сверхоперативной
памятью.
При наличии Кэш-памяти данные из ОЗУ сначала
переписываются в нее, а затем в регистры
процессора. При повторном обращении к
памяти сначала производится поиск нужных
данных в Кэш-памяти и необходимые данные
из Кэш-памяти переносятся в регистры,
поэтому повышается быстродействие.
Контроллеры
Только та информация, которая хранится
в ОЗУ, доступна процессору для обработки.
Поэтому необходимо, чтобы в его оперативной
памяти находились программа и данные.
В ПК информация с внешних
устройств (клавиатуры, жесткого диска
и т.д.) пересылается в ОЗУ, а информация
(результаты выполнения программ) с ОЗУ
также выводится на внешние устройства
(монитор, жесткий диск, принтер и т.д.).
Таким образом, в компьютере
должен осуществляться обмен информацией
(ввод-вывод) между оперативной памятью
и внешними устройствами. Устройства,
которые осуществляют обмен информацией
между оперативной памятью и внешними
устройствами называются контроллерами
или адаптерами, иногда картами. Контроллеры,
адаптеры или карты имеют свой процессор
и свою память, т.е. представляют собой
специализированный процессор.
Контроллеры или адаптеры
(схемы, управляющие внешними устройствами
компьютера) находятся на отдельных платах,
которые вставляются в унифицированные
разъемы (слоты) на материнской плате
Системная магистраль
Системная магистраль (шина) - это совокупность проводов и разъемов,
обеспечивающих объединение всех устройств
ПК в единую систему и их взаимодействие.
Для подключения контроллеров
или адаптеров современные ПК снабжены
такими слотами как PCI. Слоты PCI – E Express
для подключения новых устройств к более
скоростной шине данных. Слоты AGP предназначены
для подключения видеоадаптера
Для подключения накопителей
(жестких дисков и компакт-дисков) используются
интерфейсы IDE и SCSI. Интерфейс – это совокупность
средств соединения и связи устройств
компьютера.
Подключение периферийных устройств
(принтеры, мышь, сканеры и т.д.) осуществляется
через специальные интерфейсы, которые
называются портами. Порты устанавливаются
на задней стенке системного блока.
Слоты (разъемы) расширения
конфигурации ПК предназначены для подключения
дополнительных устройств к основной
шине данных компьютера. К основным платам
расширения, предназначенным для подключения
к шине дополнительных устройств, относятся:
· Видеоадаптеры (видеокарты)
· Звуковые платы
· Внутренние модемы
· Сетевые адаптеры (для подключения
к локальной сети)
· SCSI - адаптеры
Внешняя память. Классификация
накопителей
Для хранения программ и данных в ПК используются
накопители различных типов. Накопители
- это устройства для записи и считывания
информации с различных носителей информации.
Различают накопители со сменным и встроенным
носителем.
По типу носителя информации
накопители разделяются на накопители
на магнитных лентах и дисковые накопители.
К накопителям на магнитных лентах относятся
стримеры и др. Более широкий класс накопителей
составляют дисковые накопители.
По способу записи и чтения
информации на носитель дисковые накопители
разделяются на магнитные, оптические
и магнитооптические.
К дисковым накопителям
относятся:
- накопители на флоппи-дисках;
- накопители на несменных жестких дисках (винчестеры);
- накопители на сменных жестких дисках;
- накопители на магнитооптических дисках;
- накопители на оптических дисках (CD-R
CD-RW CD-ROM) с однократной записью и
- накопители на оптических DVD – дисках
(DVD-R DVD-RW DVD-ROM и др.)
Дополнительные устройства
Периферийные устройства - это устройства,
которые подключаются к контроллерам
ПК и расширяют его функциональные возможности
По назначению дополнительные устройства
разделяются на