Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с.




НазваниеКонспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с.
страница2/15
Дата публикации03.03.2013
Размер2.19 Mb.
ТипКонспект
uchebilka.ru > Информатика > Конспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15
Тема 1: Принципы построения компьютеров
^ План лекции:

1.4. Состав компьютера

1.5 Биты, байты, слова

1.6 Ячейки памяти, порты и регистры

1.4 Состав компьютера

Любой IBM PC-совместимый компьютер представляет собой реализацию так называемой фон-неймановской архитектуры вычислительных машин.

Фон-ней­мановская архитектура — не единственный вариант построения ЭВМ, есть и другие, которые не соответствуют указанным принципам (например, потоко­вые машины). Однако подавляющее большинство современных компьютеров основаны именно на указанных принципах, включая и сложные многопроцес­сорные комплексы, которые можно рассматривать как объединение фон-нейма­новских машин.

Конечно же, за более чем полувековую историю ЭВМ класси­ческая архитектура прошла длинный путь развития. Тем не менее ПК можно «разложить по полочкам» следующим образом.

Центральный процессор (АЛУ с блоком управления) реализуется микропро­цессором семейства х86 — от 8086/88 до новейших процессоров Pentium, Ath­lon, Opteron и т.д.

Набор арифметических, логических и прочих инструк­ций насчитывает несколько сотен, а для потоковой обработки придуман прин­цип SIMD (Single Instruction Multiple Data — множество комплектов данных, обрабатываемых одной инструкцией), по которому работают расширения ММХ, 3DNow, SSE.

Процессор имеет набор регистров, часть которых доступ­на для хранения операндов, выполнения действий над ними и формирования адреса инструкций и операндов в памяти. Другая часть регистров используется процессором для служебных (системных) целей, доступ к ним может быть огра­ничен (есть даже программно-невидимые регистры). Все компоненты компьюте­ра представляются для процессора в виде наборов ячеек памяти или/и портов ввода-вывода, в которые процессор может записывать и/или из которых может считывать содержимое.

^ Оперативная память (ОЗУ) — самый большой массив ячеек памяти со смежными адресами — реализуется, как правило, на модулях (микросхемах) динамической памяти. Для повышения производительности обмена данными (включая и считывание команд) опера­тивная память кэшируется сверхоперативной памятью. Два уровня кэ­ширования территориально располагаются в микропроцессоре. Оперативная память вместе с кэшем всех уровней (в настоящее время — до трех) представля­ет собой единый массив памяти, непосредственно доступный процессору для записи и чтения данных, а также считывания программного кода.

Помимо опе­ративной память включает также постоянную (ПЗУ), из которой можно только считывать команды и данные, и некоторые виды специальной памяти (напри­мер, видеопамять графического адаптера). Вся эта память (вместе с оператив­ной) располагается в едином пространстве с линейной адресацией. В любом компьютере обязательно есть энергонезависимая память, в которой хранится программа начального запуска компьютера и минимально необходимый набор сервисов (ROM BIOS).

Процессор (один или несколько), память и необходимые элементы, связываю­щие их между собой и с другими устройствами, называют центральной частью, или ядром, компьютера (или просто центром). То, что в фон-неймановском компьютере называлось устройствами ввода-вывода (УВВ), удобнее называть периферийными устройствами.

^ Периферийные устройства (ПУ) — это все программно-доступные компоненты компьютера, не попавшие в его центральную часть. Их можно разделить по на­значению на несколько классов:

  • ^ Устройства хранения данных (устройства внешней памяти) — дисковые (магнитные, оптические, магнитооптические), твер­дотельные (карты, модули и USB-устройства на флэш-памяти). Эти устрой­ства используются для сохранения информации, находящейся в памяти, на энергонезависимых носителях и загрузки этой информации в оперативную память.

  • ^ Устройства ввода-вывода служат для преобразования информации из внут­реннего представления компьютера (биты и байты) в форму, понятную ок­ружающим, и обратно.

  • ^ Коммуникационные устройства служат для передачи информации между компьютерами и/или их частями. Сюда относят модемы (проводные, радио, оптические, инфракрасные...), адаптеры локальных и глобальных сетей. В дан­ном случае преобразование формы представления информации требуется только для передачи ее на расстояние.

Процессор, память и периферийные устройства взаимодействуют между собой с помощью шин и интерфейсов, аппаратных и программных; стандартизация интерфейсов делает архитектуру компьютеров открытой.

^ 1.5 Биты, байты, слова

Компьютер работает в двоичной системе счисления — минимальным информа­ционным элементом является бит, который может принимать значение 0 или 1. Этим значениям соответствуют различимые физические состояния ячейки, чаще всего — уровень напряжения (низкий или высокий).

Биты организуются в более крупные образования — ячейки памяти и регистры. Каждая ячейка па­мяти (и каждый регистр) имеет свой адрес, однозначно ее идентифицирующий в определенной системе координат.

Минимальной адресуемой (пересылаемой между компонентами компьютера) единицей информации является байт, со­стоящий из 8 бит.

Два байта со смежными адресами образуют слово (word) разрядностью 16 бит, два смежных слова — двойное слово (double word) разрядностью 32 бита, два смежных двойных слова — учетверенное слово (quad word) разрядностью 64 бита.

Байт (8 бит) делится на пару тетрад (nibble): старшую тетраду — биты [7:4] и младшую тетраду -биты [3:0].

В двухбайтном слове принят LH-порядок следования байтов: адрес слова указы­вает на младший байт L (Low), а старший байт Н (High) размещается по адресу, большему на единицу.

В двойном слове порядок аналогичен — адрес указывает на самый младший байт, после которого размещены следующие по старшинству.

В технической документации, электрических схемах и текстах программ могут применяться разные способы представления чисел:

  • ^ Двоичные (binary) числа — каждая цифра отражает значение одного бита (0 или 1), старший бит всегда пишется слева, после числа ставится буква «b». Для удобства восприятия тетрады могут быть разделены пробелами, напри­мер, 1010 0101b.

  • ^ Шестнадцатеричные (hexadecimal) числа — каждая тетрада представляется одним символом 0...9, А, В, C, D, E, F. Обозначаться такое представление может по-разному, в данной книге используется только символ «h» после послед­ней шестнадцатеричной цифры, например, A5h. В текстах программ это же число может обозначаться и как 0хА5, и как 0A5h, в зависимости от синтак­сиса языка программирования. Незначащий ноль (0) добавляется слева от старшей шестнадцатеричной цифры, изображаемой буквой, чтобы различать числа и символические имена.

  • ^ Десятичные (decimal) числа — каждый байт (слово, двойное слово) представляется обычным числом, а признак десятичного представления (букву «d») обычно опускают. Байт из предыдущих примеров имеет десятичное значение 165. В отличие от двоичной и шестнадцатеричной форм записи, по десятичной трудно в уме определить значение каждого бита, что иногда при­ходится делать.

  • ^ Восьмеричные (octal) числа — каждая тройка битов (разделение начинается с младшего) записывается в виде цифры из интервала 0-7, в конце ставится признак «о». То же самое число записывается как 245о. Восьмеричная систе­ма неудобна тем, что байт не разделить поровну, но зато все цифры — привычные.

В табл. 1.1 приведены разные представления одной тетрады (4 бит). Чтобы пе­ревести любое 8-битное число в десятичное, нужно десятичный эквивалент старшей тетрады умножить на 16 и сложить с эквивалентом младшей тетрады.

Для нашего примера A5h = 10 · 16 + 5= 165.

Обратный перевод тоже несложен: десятичное число делится на 16, целая часть даст значение старшей тетрады, ос­таток — младшей.

Таблица 1.1., Представление двоичных чисел в разных системах счисления

Двоичное

(bin)

Шестнадцатеричное (hex)

Десятичное (dec)

Восьмеричное (oct)

0000

0

0

0

0001

1

1

1

0010

2

2

2

0011

з

3

3

0100

4

4

4

0101

5

5

5

0110

6

6

6

0111

7

7

7

1000

8

8

10

1001

9

9

11

1010

А

10

12

1011

В

11

13

1100

С

12

14

1101

D

13

15

1110

Е

14

16

1111

F

15

17

Обозначение и порядок битов и байтов шин адреса и данных, принятое в аппа­ратуре PC, пришло от процессоров Intel 8086/88 (и даже от 8080).

Самый млад­ший бит (Least Significant Bit, LSB) имеет номер 0, самый старший (Most Significant Bit, MSB) бит байта — 7, слова — 15, двойного слова — 31.

На рисун­ках принято старший бит изображать слева, а младший — справа.

^ 1.6 Ячейки памяти, порты и регистры

Поясним разницу между ячейками памяти, портами и регистрами.

Ячейки па­мяти служат лишь для хранения информации — сначала ее записывают в ячей­ку, а потом могут прочитать, а также записать иную информацию.

^ Порты вво­да-вывода, как правило, служат для преобразования двоичной информации в какие-либо физические сигналы и обратно. Например, порт данных параллель­ного интерфейса формирует электрические сигналы на разъеме, к которому обычно подключают принтер. Электрические сигналы, поступающие от принте­ра, порт состояния того же интерфейса отображает в виде набора битов, кото­рый может быть считан процессором.

Регистр — довольно широкое понятие, которое зачастую используется как синоним порта. Регистры могут служить для управления устройствами (и их контроллерами) и для чтения их состоя­ния.

Регистры (как и порты) могут образовывать каналы:

  • ^ Каналы ввода-вывода данных. Пример — регистр данных СОМ-порта: байты, записываемые друг за другом в этот регистр, в том же порядке будут переда­ваться по последовательному интерфейсу, то есть поступать в канал вывода. Если этот интерфейс подключить к СОМ-порту другого компьютера и вы­полнять программные чтения его регистра данных, мы получим байт за бай­том переданные данные. Таким образом, здесь регистр играет роль канала ввода.

  • ^ Каналы управления. Если запись в регистр определенных данных (битовых комбинаций) изменяет состояние некоего устройства (сигнал светофора, по­ложение какого-то механизма...), то регистр образует канал управления.

  • ^ Каналы состояния. Пример — регистр игрового порта (game-порт), к которо­му подключен джойстик. Чтение регистра дает информацию о состоянии кнопок джойстика (нажаты или нет).

Канал отличается от ячейки памяти рядом свойств. Если в ячейку памяти запи­сывать раз за разом информацию, то последующее считывание возвращает ре­зультат последней записи, а все предшествующие записи оказываются беспо­лезными.

Если ячейку памяти считывать раз за разом, не выполняя запись в нее, то результат считывания каждый раз будет одним и тем же. «Лишнее» чтение ячейки памяти не приведет ни к каким по­бочным эффектам.

Каждый байт (ячейка памяти, порт, регистр) имеет собственный уникальный физический адрес. Этот адрес устанавливается на системной шине процессором, когда он инициирует обращение к данным ячейке или порту. По этому же адре­су к этой ячейке (порту, регистру) могут обращаться и другие активные компо­ненты системы — так называемые мастера шины.

В семействе х86 и PC-совместимых компьютерах пространства адресов ячеек памяти и портов ввода-вывода разделены..

Нынеш­ние 32-битные процессоры имеют разрядность физического адреса памяти 32 и даже 36 бит, что позволяет адресовать до 4 и 64 Гбайт соответственно.

Про­странство ввода-вывода использует только младшие 16 бит адреса, что позволя­ет адресовать до 65 384 однобайтных регистров.

Регистры различных устройств могут быть приписаны как к пространству пор­тов ввода-вывода, так и к пространству памяти.

Под портом устройства, как правило, подразумевают регистр, связанный с этим устройством и приписан­ный к пространству портов ввода-вывода. Точность приведенной терминоло­гии, конечно же, относительна. Так, к примеру, ячейки видеопамяти (тоже па­мять!) служат в основном не для хранения информации, а для управления свечением элементов экрана.

Понятие Memory Mapped I/O означает регистры периферийных устройств, отображенные на пространство памяти (то есть зани­мающие адреса именно в этом пространстве, а не в пространстве ввода-вывода).

Разделение пространств памяти и ввода-вывода было вынужденной мерой в ус­ловиях дефицита адресуемого пространства 16-битных процессоров и сохрани­лось во всех процессорах х86. В процессорах ряда других семейств такого разделения нет, и для нужд ввода-вывода используется выделенная область единого адресного пространства. Тенденция изживания пространства ввода-вы­вода наблюдается в современных спецификациях устройств и интерфейсов для PC.

Лекция 3

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с. iconКонспект лекций по дисциплине «Методы и средства терапии и реабилитации»
Методы и средства терапии и реабилитации: Конспект лекций / Составитель С. В. Соколов. Сумы: Изд-во СумГУ, 2007. – 117 с

Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с. iconКонспект лекций. М., 2007
Айфичер, Э. Цифровая обработка сигналов = Digital Signal Processing. A practical Approach : пер с англ. / Э. Айфичер, Б. Джервис....

Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с. iconКонспект лекций по дисциплине «Математические методы и модели энергетического...
Основы работы в системе компас: конспект лекций составитель: Э. В. Колисниченко. – Сумы: Изд-во СумГУ, 2010. – 249 с

Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с. iconКонспект лекций в двух частях часть 2
Аналитическая химия : конспект лекций / составители: И. Г. Воробьева, Л. М. Миронович, С. Б. Большанина. – Сумы : Сумский государственный...

Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с. iconКонспект лекций по курсу «Источники энергии» для студентов специальности...
Конспект лекций по курсу «Источники энергии» для студентов специальности 000008 «Энергетический менеджмент» дневной и заочной форм...

Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с. iconКонспект лекций по дисциплине «Физическая химия»
Физическая химия: Конспект лекций/ Составитель С. Ю. Лебедев. Сумы: Изд-во СумГУ, 2007. 37 с

Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с. iconОперационные системы Конспект лекций
С. Н. Дроздов. Операционные системы: Конспект лекций. Таганрог: Изд-во трту, 2003. 136 с

Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с. iconАппаратные средства и периферийные устройства. Устройства хранения информации ”
В сегодняшнем деловом мире вы должны знать аппаратные средства компьютера, которые являются такими же типичными компонентами, как...

Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с. iconКонспект лекций по дисциплине:«Теория тестирования аппаратных и программных...
Краткий конспект лекций по теория тестирования аппаратных и программных средств

Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с. iconКонспект лекций по курсу “Общая химическая технология” / Составители:...
Конспект лекций по курсу «Общая химическая технология» предназначен для самостоятельного изучения курса студентами

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<