1 / 61

Архитектура и аппаратное обеспечение ЭВМ

Архитектура и аппаратное обеспечение ЭВМ. Янош Лайош Нейман. Архитектура вычислительной машины  — структура и принципы работы ЭВМ. От первых PC до современных. Заказ АНБ Принстонскому и Гарвардскому Университетам: наилучшая архитектура ЭВМ. «Истина». «Под Божьей властью процветает».

kanan
Download Presentation

Архитектура и аппаратное обеспечение ЭВМ

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Архитектура и аппаратное обеспечение ЭВМ Янош Лайош Нейман

  2. Архитектура вычислительной машины  — структура и принципы работы ЭВМ • От первых PC • до современных

  3. Заказ АНБ Принстонскому и Гарвардскому Университетам: наилучшая архитектура ЭВМ. • «Истина» «Под Божьей властью процветает»

  4. ENIAC & UNIVAC_

  5. Архитектура фон Неймана 1946 г. : Артур Бёркс, Герман Голдстайн, Джон фон Нейман «Предварительное рассмотрение логического конструирования электронного вычислительного устройства»

  6. Джон фон Нейман (1903 — 1957) — венгро-американский математик • Артур Бёркс (1915 – 2008) - американский математик • Герман Голдстайн (1913 – 2004) математик, computer scientist (информатик) и научный администратор

  7. Принципыфон Неймана: • Принцип использования двоичной системы: для представления данных и команд используется двоичная система счисления. • Принцип однородности памяти: программы (состоящие из команд) и данные хранятся в одной и той же памяти. • Принцип адресуемости памяти: память состоит из пронумерованных ячеек; процессору доступна любая ячейка. • Принцип программного управления: все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой, в последовательности, определяемой программой.

  8. Архитектура ЭВМ (по фон Нейману) процессор АЛУ УУ АЛУ – арифметико-логическое устройство (выполнение команд и вычисления) УУ – устройство управления устройства ввода память устройства вывода потоки информации управляющие сигналы

  9. Открытая архитектура — архитектура компьютера, периферийного устройства или же программного обеспечения, на которую опубликованы спецификации, что позволяет другим производителям разрабатывать дополнительные устройства к системам с такой архитектурой. • Тип -Персональный компьютер (IBM PC) • Выпущен 12/8/1981 • Выпускался по 2 /4/ 1987 • Процессор Intel 8088, 4,77 МГц • Память 16–640 КБ • ОС IBM BASIC / PC-DOS 1.0

  10. Аппаратное обеспечение (hardware) включает в себя все физические части (все «железо») компьютера.

  11. Устройство персонального компьютера. Базовая конфигурация • системный блок; • монитор; • клавиатура; • мышь.

  12. СИСТЕМНЫЙ БЛОК В системном блоке: • материнская плата с установленными на ней процессором, памятью, слотами; • внешняя память: жёсткие диски, накопители на оптических дисках,накопители USB-флеш и т.п.; • блок питания; • корпус: фронтальная (передняя), задняя и боковые панели.

  13. Корпуса PC Desktop Fulldesktop SlimLine UltraSlimLine MiniTower MidiTower BigTower SuperBigTower

  14. Форм-фактор • форм-фактор (от англ. form factor) — спецификация, стандарт, задающий габаритные размеры устройств (и другие параметры) и определяющий их форму: • ATX, mATX, ITX, mITX, FlexATX и т.д. Соблюдение стандартов обеспечивает совместимость оборудования разных производителей.

  15. Моддинговые корпуса

  16. Современные веяния: неттопы, моноблоки и баребоны…

  17. Блок питания преобразует входное переменное сетевое напряжение (220 В) в выходное постоянное напряжение ±5 ±12 +3,3 В. Мощность блока питания обычно составляет 400-500 Вт. Вентилятор участвует в охлаждении системного блока.

  18. PowerMan Блок питания с пониженным уровнем шума совместим с Intel, AMD. Мощность блока: 450 Вт. Стандарт: ATX. Система охлаждения: Fan 80 мм. Габариты: 140х150х86 мм. Вес брутто: 1,5 кг.

  19. CORSAIR AX1200i • Блок питания с пониженным уровнем шума совместим с Intel, AMD. Мощность блока:1200 Вт. Стандарт: ATX Габариты: 86х150х200 мм. Вес брутто: 2,3г.

  20. Кулеры

  21. Корпус системного блока. Передняя и боковая панели • отверстие для притока воздуха на вентилятор (кулер); • отверстие для притока воздуха; • для оптических приводов; • USB разъёмы; • микрофон (розовый); • цифровая видеокамера (IEE1394); • наушники (зелёный); • индикаторы жёсткого диска и питания; • включение – выключение; • кнопка сброса RESET

  22. Задняя панель системного блока • дополнительный вентилятор; • отверстие для разъёмов материнской платы; • вентилятор блока питания; • вентилятор притока воздуха в системный блок; • отсек для крепления плат расширения (видеокарта, звуковая карта, сетевая карта и т.д.).

  23. Боковая панель 1, 5, 8) винты; 2) вентилятор; 3) отсек для блока питания; 4) видеокарты; 6) место для дополнительного охлаждения; 7) материнская плата; 9 -12) отсеки для оптических приводов и для жёстких дисков.

  24. Материнская плата – печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера • Форм-факторы: • ATX, microATX, • Flex-ATX. • Наиболее известные производители: • Asus, Gigabyte, MSI

  25. На материнской плате: • Центральный процессор (ЦПУ). • Chipset — набор микросхем. • Оперативная память (ОЗУ). • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). • разъёмы (слоты) для контроллеров. • шины— проводников для обмена сигналами.

  26. Chipset • Северный мост, или системный контроллер подключает ЦПУ к ОЗУ и графическому контроллеру. • Южный мост, или периферийный контроллер контролирует работу периферийных устройств (жёсткого диска, сетевых устройств, аудио и т.п.).

  27. Материнская плата

  28. Система охлаждения: элемент Пельтьеи жидкостное охлаждение (приёмы оверклокинга)

  29. Разъёмы (слоты) Слот —разъём (англ. slot - щель), соединённый с системной шиной. Предназначен для установки дополнительных модулей.

  30. Порты материнской платы

  31. Процессор (Pentium III) для установки в слот

  32. Центральный процессор (микропроцессор) • Процессор — основная микросхема компьютера, в которой производятся все вычисления. • Первый микропроцессор разработан Intel в 1971 году.

  33. Процессор содержит: • арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее математические и логические операции; • регистры общего назначения, в которых хранятся данные, команды и адреса; • устройство управления (УУ), осуществляющее обмен информации между процессором и оперативной памятью.

  34. Основные параметры процессора • Количество ядер • Рабочее напряжение (около 1 В). • Разрядность (сколько битов информации обрабатывается за один такт), современные процессоры персональных компьютеров 32-х, 64-х разрядные. • Тактовая частота. Характеризует количество элементарных операций в секунду. • Размер кэш-памяти. • Технология производства (7 нм)

  35. Конвейерная архитектура Конвейерная обработка - метод, применяемый, в случае когда этапы задачи упорядочены подобно сборочной линии. Специализированная аппаратура выполняет операции для каждого этапа, передает результаты на следующий этап и сразу же принимается за новую работу, не дожидаясь окончания всего процесса. Теоретически конвейерная обработка ускоряет процесс пропорционально числу этапов конвейера.

  36. При конвейерной обработке: когда первая операция первой команды выполнена, начинается вторая операция и первая операция второй команды; когда выполнена вторая операция первой команды начинается третья операция первой команды, вторая операция второй команды и первая операция третьей команды; и т. д.

  37. Распараллеливание • Распараллеливание применяется, когда задача может быть разделена на почти независимые кванты. Аппаратура для выполнения задачи дублируется несколько раз - создается несколько параллельных процессоров (ядер). Каждый квант работы обрабатывается свободным процессором.

  38. Многоядерный процессор

  39. Кэш-память • Обмен данными внутри процессора происходит быстрее, чем обмен данными с оперативной памятью. • Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают еще одну (буферную) память - кэш-память (англ. cache — тайник). • Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память.

  40. Семейства процессоров(наборы инструкций) • Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые (близкие) системы команд. Эти процессоры совместимы по принципу «сверху вниз» —каждый новый процессор «понимает» все команды своих предшественников. • Пример (семейство x86): Intel 8086, Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486, различные модели IntelPentium, IntelCeleron и другие.

  41. Информация в магазине: • фирма AMD • модель Athlon II X2 220 • частота: 2800 МГц • частота шины: 4 ГГц • поддерживает 32 и 64 разряда • технология производства: 45 нм • кэш 1: 2х128 Кб, кэш 2: 2х512 Кб • напряжение питания: 0.85-1.425 В; • тепловая мощность: 65 Вт • температура (max): 740С.

  42. Процессоры: Intel с архитектурой Haswel(Intel Core i7, 4-е поколение)

  43. Закон Гордона Мура (1965г.)

  44. Процессор под микроскопом

  45. Процессоры AMD с архитектурой Richland

  46. Процессор использует три шины: • шину данных. Разрядность шины (несколько байт) называют машинным словом. • адресную шину. Если используется 32-разрядная адресная шина, это означает, что в оперативной памяти не может быть больше 232 адресов (объем памяти 232 байт = 4 Гбайт); • шину управления, которую использует устройство управления.

  47. Шины процессора (разрядность) 8-и разрядная шина (8 линий)

  48. Система команд процессора • CISC-процессоры (Complexinstructionsetcomputer — вычисления со сложным набором команд). • RISC-процессоры (Reducedinstructionsetcomputer — вычисления с упрощённым набором команд). RISC-процессоры отличаются меньшим энергопотреблением и тепловыделением. • MISC-процессоры (Minimuminstructionsetcomputer — вычисления с минимальным набором команд - 20-30 команд). Дальнейшее развитие идей для RISC-процессоров.

  49. Сопроцессоры • математический сопроцессор (FPU - floating point unit) • графический процессор (GPU - graphics processing unit)

More Related