Procesor, alebo presnejšie mikroprocesor, tiež často označovaný ako centrálna procesorová jednotka (CPU), je centrálnou súčasťou počítača. Je to myseľ, ktorá priamo alebo nepriamo riadi všetko, čo sa deje vo vnútri počítača. Keď von Neumann prvýkrát navrhol uložiť sekvenciu inštrukcií, takzvaných programov, do rovnakej pamäte ako dáta, bol to skutočne inovatívny nápad. Bola uverejnená v prvom návrhu správy o EDVAC v roku 1945. Táto správa opísala, že počítač má štyri hlavné časti: centrálnu aritmetickú jednotku, centrálnu riadiacu jednotku, pamäť a vstupné/výstupné zariadenia. Dnes, o viac ako pol storočia neskôr, majú takmer všetky procesory von Neumannovu architektúru.

Procesor je na prvý pohľad len kremíkový kryštál vypestovaný špeciálnou technológiou (nie nadarmo sa mu hovorí aj „kameň“). Tento kamienok však obsahuje veľa jednotlivých prvkov – tranzistorov, ktoré spolu dávajú počítaču schopnosť „myslieť“. Presnejšie povedané, počítať vykonaním určitých matematických operácií s číslami, na ktoré sa transformujú akékoľvek informácie vstupujúce do počítača. V každom mikroprocesore je mnoho miliónov takýchto tranzistorov.

Dnešný procesor nie je len zhluk tranzistorov, ale celý systém mnohých dôležitých zariadení. Na akomkoľvek procesorovom čipe sú:

V skutočnosti je to procesor, hlavné výpočtové zariadenie, pozostávajúce z miliónov logických prvkov - tranzistorov.

Koprocesor je špeciálny blok pre operácie s pohyblivou rádovou čiarkou. Používa sa na obzvlášť presné a zložité výpočty, ako aj na prácu s množstvom grafických programov.

Medzipamäť úrovne 1 je malá (niekoľko desiatok kilobajtov) ultrarýchla pamäť určená na ukladanie medzivýsledkov výpočtov.

Vyrovnávacia pamäť druhej úrovne – táto pamäť je trochu pomalšia, ale väčšia – od 128 KB do 2048 KB.

Všetky tieto zariadenia sú umiestnené na kryštáli s plochou nie väčšou ako 4-6 štvorcových centimetrov. Len pod mikroskopom je možné vidieť drobné prvky, ktoré tvoria mikroprocesor, a kovové „stopy“, ktoré ich spájajú (na ich výrobu sa predtým používal hliník, teraz ho nahradila meď). Ich veľkosť je úžasná - desatiny mikrónu! Teraz sa väčšina procesorov vyrába pomocou 0,09-mikrónovej technológie. Ale to nie je to najdôležitejšie. Existujú pre nás ďalšie, oveľa dôležitejšie vlastnosti procesora, ktoré priamo súvisia s možnosťami a rýchlosťou práce.

Hlavné funkčné komponenty procesora

Jadro: Srdcom moderného procesora je exekučný modul. Moderný procesor má dve paralelné celočíselné vlákna, ktoré umožňujú čítanie, interpretáciu, vykonávanie a odosielanie dvoch inštrukcií súčasne.

Prediktor vetvy: Prediktor vetvy sa snaží uhádnuť, ktorá sekvencia sa vykoná vždy, keď program obsahuje podmienenú vetvu, aby zariadenia na predbežné vyzdvihnutie a dekódovanie pripravili inštrukcie vopred.

blok s pohyblivou rádovou čiarkou. Tretí vykonávací modul v procesore, ktorý vykonáva neceločíselné výpočty

Primárna vyrovnávacia pamäť: Pentium má dve vyrovnávacie pamäte na čipe s veľkosťou 8 kB, každú pre údaje a pokyny, ktoré sú oveľa rýchlejšie ako väčšia externá sekundárna vyrovnávacia pamäť.

Rozhranie zbernice: prevezme zmes kódu a údajov do CPU, oddelí ich, kým nie sú pripravené na použitie, a znova ich pripojí a odošle.

Všetky prvky procesora sú synchronizované pomocou frekvencie hodín, ktorá určuje rýchlosť operácií. Úplne prvé procesory pracovali na frekvencii 100 kHz, dnes je bežná frekvencia procesora 200 MHz, inými slovami, hodiny tikajú 200 miliónov krát za sekundu a každé tikanie znamená vykonanie mnohých akcií. Program Counter (PC) je interný ukazovateľ obsahujúci adresu ďalšej inštrukcie, ktorá sa má vykonať. Keď príde čas na vykonanie, riadiaca jednotka umiestni inštrukciu z pamäte do registra inštrukcií (IR). Súčasne sa zvýši počet programov, aby ukázal na ďalšiu inštrukciu a procesor vykonáva inštrukciu v IR. Niektoré inštrukcie riadia samotnú riadiacu jednotku, takže ak inštrukcia hovorí „skok na adresu 2749“, do programového čítača sa zapíše hodnota 2749, takže procesor túto inštrukciu vykoná ako ďalšiu.

Mnoho inštrukcií používa aritmetickú logickú jednotku (ALU), ktorá pracuje v spojení so všeobecnými registrami, dočasným úložným miestom, ktoré môže načítať a uvoľniť dáta z pamäte. Typickou inštrukciou ALU by bolo pridanie obsahu pamäťového miesta do všeobecného registra. ALU tiež nastavuje bity stavového registra (SR) pri vykonávaní inštrukcie na uloženie informácie o jej výsledku. Napríklad SR má bity označujúce nulu, pretečenie, prenos atď. Riadiaci modul používa informácie v SR na vykonanie podmienených operácií, ako napríklad "skok na adresu 7410, ak vykonanie predchádzajúcej inštrukcie spôsobilo pretečenie".

To je takmer všetko o najvšeobecnejšom príbehu o procesoroch – takmer každá operácia môže byť vykonaná sekvenciou jednoduchých inštrukcií, ako sú tie opísané. Väčšina procesorov dnes používa pipelining, čo je skôr továrenské potrubie. Jedna etapa toku je venovaná každému kroku potrebnému na dokončenie inštrukcie a každá etapa odovzdáva inštrukciu ďalšej, keď dokončí svoju časť. To znamená, že v každom danom čase sa načíta jedna inštrukcia, dekóduje sa ďalšia, doručia sa dáta pre tretiu, vykoná sa štvrtá a zapíše sa výsledok pre piatu. So súčasnou technológiou je možné dosiahnuť jednu inštrukciu na zaškrtnutie.

Navyše, mnoho procesorov má teraz superskalárnu architektúru. To znamená, že obvody každej fázy toku sú duplikované, takže mnoho inštrukcií sa môže prenášať paralelne.

To, čo odlišuje mikroprocesor od svojich predchodcov, skonštruovaných z lámp, jednotlivých tranzistorov, malých integrovaných obvodov, ako to bolo spočiatku, od kompletného procesora na jedinom kremíkovom čipe.

Kremík alebo silikón je hlavným materiálom, z ktorého sa čipy vyrábajú. Ide o polovodič, ktorý sa po pridaní do špeciálnej masky stáva tranzistorom, základným stavebným kameňom digitálnych obvodov. Proces zahŕňa leptanie tranzistorov, rezistorov, krížových ciest atď. na povrchu kremíka.

Najprv sa vypestuje pazúrikový ingot. Musí mať bezchybnú kryštálovú štruktúru, tento aspekt obmedzuje jeho veľkosť. Za starých čias boli polotovary obmedzené na priemer 2 palcov, ale teraz sú bežné 8 palcov. V ďalšej fáze sa polotovar rozreže na vrstvy nazývané oblátky. Sú vyleštené do bezchybného zrkadlového lesku. Na tejto platni sa vytvorí trieska. Z jednej dosky sa zvyčajne vyrába veľa procesorov.

Elektrický obvod je vyrobený z rôznych materiálov. Napríklad oxid kremičitý je izolant, vodivé dráhy sú vyrobené z polysilikónu. Keď sa objaví otvorený plátok, je bombardovaný iónmi, aby sa vytvorili tranzistory - nazýva sa to dopant.

Na vytvorenie všetkých požadovaných detailov sa na celý povrch dosky pridajú vrstvy a prebytočné časti sa znova vyleptajú. Na tento účel je nová vrstva pokrytá fotorezistorom, na ktorý sa premieta obraz požadovaných častí. Po expozícii sa vyvolávaním odstránia tie časti fotorezistora, ktoré sú vystavené svetlu, pričom zostane maska, cez ktorú prešlo leptanie. Zvyšný fotorezistor sa odstráni rozpúšťadlom.

Keď už hovoríme o rýchlosti procesora, predpokladá sa jeho hodinová frekvencia. Táto hodnota, meraná v megahertzoch (MHz), udáva, koľko inštrukcií môže procesor vykonať za sekundu. Frekvencia hodín je označená číslom v názve procesora (napríklad Pentium 4-2400, teda procesor generácie Pentium 4 s taktovacou frekvenciou 2400 MHz alebo 2,4 GHz).

Frekvencia hodín je nepochybne najdôležitejším ukazovateľom rýchlosti procesora. Ale zďaleka nie jediný.

Systémová zbernica (FSB = Front Side Bus alebo System Bus) slúži na prepojenie procesora so zvyškom počítača. Systémová zbernica je základom pre formovanie frekvencie ďalších počítačových dátových zberníc - AGP, pamäte, PCI, vynásobením určitým koeficientom.

Moderné procesory sú rýchlejšie ako pamäť Čím je pamäť pomalšia, tým viac musí procesor čakať na nové dáta z nej a nič nerobiť. Vyrovnávacia pamäť obsahuje strojové slová (môžete ich nazvať dáta), ktoré procesor najčastejšie používa. Ak potrebuje slovo, najskôr vstúpi do vyrovnávacej pamäte. Existuje princíp lokalizácie, podľa ktorého sa spolu s aktuálne požadovaným slovom načítajú do vyrovnávacej pamäte aj susedné slová, pretože je vysoká pravdepodobnosť, že budú v blízkej budúcnosti tiež potrebné. V moderných stolných procesoroch existujú dve úrovne vyrovnávacej pamäte (pre servery existujú aj procesory s treťou úrovňou vyrovnávacej pamäte). Cache prvej úrovne (úroveň 1 = L1) je zvyčajne rozdelená na polovicu, pričom polovica je vyhradená pre dáta a druhá polovica pre inštrukcie. Vyrovnávacia pamäť druhej úrovne (úroveň 2 = L2) je určená len na údaje. Šírka pásma RAM je určite vysoká, ale vyrovnávacia pamäť je niekoľkonásobne rýchlejšia. Staršie procesory mali na základnej doske čipy vyrovnávacej pamäte L2. V tomto prípade bola rýchlosť vyrovnávacej pamäte pomerne nízka (rovnajúca sa frekvencii FSB), ale stačila. V najnovších procesoroch je za účelom zvýšenia výkonu, zjednodušenia a zlacnenia výroby L2 cache integrovaná do jadra a beží na svojej plnej frekvencii. Čím väčšia je vyrovnávacia pamäť, tým lepšie, no na druhej strane s nárastom vyrovnávacej pamäte sa zvyšuje čas potrebný na získanie (vyhľadanie a získanie) údajov z nej. Aj keď zvýšenie vyrovnávacej pamäte L2 napriek tomu takmer vždy vedie k zvýšeniu rýchlosti.

Samotný procesorový čip sa nazýva jadro, časť, ktorá je priamo „procesorom“. Samotný kryštál v moderných modeloch je malý a rozmery hotového procesora sa veľmi zväčšujú vďaka jeho obalu a zapojeniu. Procesorovú matricu je možné vidieť napríklad v procesoroch Athlon, nemajú ju uzavretú. V P4 je celá horná časť ukrytá pod rozvádzačom tepla (ktorý plní aj ochrannú funkciu

Faktorom tvaru je typ výkonu procesora, jeho „vzhľad“ a spôsob pripojenia k základnej doske.

Všetky prvky procesora sú spravidla umiestnené na rovnakom silikónovom čipe a majú štvorcový tvar (typ konektora „Socket“). Obdĺžnikové puzdro, z ktorého vyčnievajú kontakty na nohy.

Procesory majú rôzne pätice kvôli zásadným konštrukčným rozdielom (počet tranzistorov, architektúra atď.). Doteraz existovali len dva zásadne odlišné typy konektorov – Slot a Socket. Podľa Intelu (ale ak sa pozriete na Pentium Pro, všetko je jasné), Slot 1 bol použitý len kvôli potrebe umiestniť vyrovnávaciu pamäť bližšie k jadru a s najväčšou pravdepodobnosťou sa už nepoužije. Zásuvka sa naďalej rozvíja - počet kontaktov rastie a rastie (ak nárast počtu kontaktov možno považovať za rozvoj)

Násobiteľ (Frequency Ratio / Multiplier) je číslo, ktorým sa vynásobí frekvencia systémovej zbernice, výsledkom čoho je pracovná frekvencia procesora. Uzamknutý faktor znamená, že procesor vždy vynásobí systémovú zbernicu rovnakou číslicou. To znamená, že pretaktovanie bez zvýšenia frekvencie zbernice je pre takýto procesor nemožné.

Zovšeobecnená bloková schéma procesora.

Schéma pozostáva z:

GR - všeobecný register

ALU - Aritmetická logická jednotka

A - akumulátor registra

RB - buffer register

F - register vlajok (vlastnosti)

IP - ukazovateľ inštrukcií (počítadlo príkazov)

RI (IR) - register inštrukcií

DC - príkazový dekodér

CU - riadiaca jednotka

IB - interná spoločná linka

FB je externá zbernicová spojka.

Operačný kód vstupuje do príkazového registra, potom do dekodéra a riadiaceho zariadenia.

Vlajkový register je napísaný:

1) C - prenášanie (pretečenie)

2) Z (príznak) - z=1, ak je výsledok 0, z=0, ak výsledok nie je 0.

3) S - príznak označujúci pozitívny alebo negatívny výsledok (pozitívny - s=0, negatívny - s=1)

4) P - príznak parity (párny alebo nepárny počet jednotiek v operande)

р=1 – párny počet jednotiek; p=0 – nepárny počet jednotiek;

Pri vykonávaní aritmetických a logických operácií sa vždy generujú príznaky.

Príznaky pomáhajú organizovať vetvenie programu.

Hlavné črty organizácie moderných mikroprocesorov a mikropočítačov sú:

A) Modulárna štruktúra, v ktorej sú moduly funkčne kompletné zariadenia

B) Chrbtová organizácia komunikácie medzi modulmi, v ktorej rôzne moduly využívajú spoločné zbernice

C) Ovládanie firmvéru

D) Bajtové adresovanie pamäte a spracovanie dát bajt po byte

E) Používanie interných superprevádzkových registrov.

Štruktúru možno rozdeliť do troch hlavných častí: centrálna procesorová jednotka, riadiaca jednotka a trvalá pamäť firmvéru. Centrálny procesor obsahuje ALU, zápisníkovú pamäť vo forme softvérovo prístupných všeobecných registrov a funkčných registrov – príkaz, index, adresa, ukazovateľ zásobníka a počítadlo programu. ALU pozostáva z binárnej sčítačky, posuvného registra, dvoch operandových registrov a výsledkového registra. ALU obvody vykonávajú inštrukcie na sčítanie, odčítanie, logické AND, OR, modulo 2 sčítanie a posun. Zložitejšie operácie sú implementované softvérovo. Riadiaci blok mikroprogramu obsahuje dekodér operačného kódu, obvod na generovanie prechodových funkcií na nasledujúcu adresu v mikroprograme a mikropríkazový register adries. Systém prerušení v mikroprocesoroch je pomerne jednoduchý a je určený len na vnímanie prerušení z externých zdrojov. Mikroprocesory majú zjednodušené riadiace obvody PU. Vo veľkej miere je ovládanie týchto zariadení realizované prostredníctvom mikroprogramového riadenia. Blok permanentnej pamäte mikroprogramov, ktoré implementujú príkazy mikroprocesora, je zvyčajne implementovaný ako samostatná LSI. V mikroprocesoroch sa používa nepriame, priame, indexové adresovanie hlavnej RAM a priame adresovanie všeobecných registrov. Super rýchla pamäť na bežných registroch umožňuje znížiť počet prístupov do externej pamäte a znížiť požadovaný počet pinov balíka znížením formátu príkazov. Kvôli obmedzenému počtu pinov balíka LSI nie je možné implementovať rozhranie mikroprocesora s veľkou šírkou pásma. Preto majú mikroprocesory takzvané spoločné rozhranie, ktoré obsluhuje externú RAM aj PU. Ak nie je možné vyčleniť dostatočný počet pinov pre rozhranie, použite zbernicový multiplex (použitie zberníc na rôzne účely na báze zdieľania času). Na zabezpečenie spoločnej prevádzky mikroprocesora a externého zariadenia sú zbernice rozhrania vybavené vyrovnávacími obvodmi, ktoré využívajú elektronické obvody s tromi stavmi a špeciálne. riadky riadenia výstupu dát.

V každom zariadení na spracovanie digitálnych informácií je možné rozlišovať medzi prevádzkovými a riadiacimi blokmi. Tento prístup zjednodušuje návrh a tiež uľahčuje pochopenie činnosti výpočtového zariadenia.

Operačný blok tvoria registre, sčítačky a ďalšie uzly, ktoré prijímajú z externého prostredia a ukladajú kódy, konvertujú ich a vydávajú výsledky práce do externého prostredia, ako aj vydávajú výstražné signály riadiacej jednotke a externému prostrediu.

Proces fungovania procesného zariadenia v čase pozostáva zo sekvencie hodinových intervalov, v ktorých operačná jednotka vykonáva elementárne konverzie kódu (prenos kódu z jedného registra do druhého, odoberanie spätného kódu, posúvanie atď.).

Základná funkčná operácia vykonaná v jednom hodinovom intervale a aktivovaná jedným riadiacim signálom sa nazýva mikrooperácia.

Riadiaci blok generuje časovo rozloženú sekvenciu riadiacich signálov, ktoré generujú požadovanú sekvenciu mikrooperácií v operačnom bloku.

Postupnosť riadiacich signálov (mikroinštrukcií) je určená operačným kódom prichádzajúcim zvonku, stavom operandov a medzivýsledkami transformácií.

Existujú dva hlavné typy riadiacich strojov:

1) Riadiaci stroj s pevnou logikou.

Pre každú operáciu špecifikovanú kódom operácie príkazu je zostavená sada kombinačných obvodov, ktoré vybudia zodpovedajúce riadiace signály v požadovaných cykloch.

2) Riadiaci automat s logikou uloženou v pamäti.

Každá operácia vykonaná v operačnom zariadení je spojená so súborom slov uložených v pamäti - mikroinštrukcií obsahujúcich informácie o mikrooperáciách, ktoré sa majú vykonať počas jedného strojového cyklu, a indikáciu, ktorá mikroinštrukcia sa má vykonať ako ďalšia.

Postupnosť mikroinštrukcií, ktorá zabezpečuje vykonanie nejakej operácie (napríklad násobenia), sa nazýva mikroprogram tejto operácie.

3. Prednáška. Architektúra moderných vysokovýkonných počítačov. Funkčná štruktúra počítača. Základné pojmy fungovania. Počítačový softvér. Základy algoritmizácie.

1. 
   
   1. 
      Vstupné zariadenie
   2. 
      pamäťový blok
   3. 
      Aritmetická logická jednotka
   4. 
      výstupný blok
   5. 
      Ovládací blok
2. 
   Základné prevádzkové koncepty
3. 
   Štruktúra autobusu
4. 
   softvér
   1. 
      Etapy prípravy a riešenia problémov na počítači
   2. 
      Algoritmy a spôsoby ich opisu

Funkčná štruktúra počítača

Ako vyplýva z obr. 3.1 sa počítač skladá z piatich hlavných, funkčne nezávislých častí:

Vstupné zariadenie,

pamäťové zariadenie,

Aritmetická logická jednotka,

výstupné zariadenie a

Ovládacie zariadenie.

Vstupné zariadenie prijíma zakódované informácie prostredníctvom digitálnych komunikačných liniek od operátorov, elektromechanických zariadení, ako sú klávesnice, alebo z iných počítačov v sieti. Prijaté informácie sa buď uložia do pamäte počítača pre neskoršie použitie, alebo sa okamžite použijú aritmetickými a logickými obvodmi na vykonanie potrebných operácií. Postupnosť krokov spracovania je určená programom uloženým v pamäti. Získané výsledky sa posielajú späť do vonkajšieho sveta cez výstupné zariadenie. Všetky tieto akcie koordinuje riadiaca jednotka. Na obr. 3.1. zámerne nezobrazené väzby medzi funkčnými celkami. Vysvetľuje to skutočnosť, že takéto spojenia môžu byť implementované rôznymi spôsobmi. Ako presne, pochopíte o niečo neskôr. Aritmetické a logické obvody v kombinácii s hlavnými riadiacimi obvodmi sa nazývajú procesor a vstupné a výstupné zariadenia spoločne sa často nazývajú vstupno-výstupná jednotka (vstupno-výstupná jednotka).

Teraz sa obráťme na informácie spracovávané počítačom. Je vhodné ho rozdeliť do dvoch hlavných kategórií: príkazy a dáta. Príkazy alebo strojové pokyny sú výslovne uvedené pokyny, ktoré:

Spravujte prenos informácií v rámci počítača, ako aj medzi počítačom a jeho vstupno-výstupnými zariadeniami;

Určite aritmetické a logické operácie, ktoré sa majú vykonať.

Zoznam príkazov, ktoré vykonávajú nejakú úlohu, sa nazýva program. Programy sú zvyčajne uložené v pamäti. Procesor postupne získava programové inštrukcie z pamäte a implementuje nimi definované operácie. Počítač je kompletne riadený uloženým programom , okrem možnosti externého zásahu operátora a I/O zariadení pripojených k stroju.

Dáta sú čísla a kódované znaky používané ako operandy inštrukcie. Pojem „údaje“ sa však často používa na označenie akýchkoľvek digitálnych informácií. Podľa tejto definície možno za dáta považovať aj samotný program (teda zoznam príkazov), ak ho spracováva iný program. Príkladom spracovania jedného programu iným je kompilácia zdrojového programu napísaného vo vysokoúrovňovom jazyku do zoznamu strojových inštrukcií tvoriacich program strojového jazyka nazývaný objektový program. Zdrojový program je vstupom do kompilátora, ktorý ho preloží do programu strojového jazyka.

Ryža. 3.1. Základné funkčné zariadenia počítača

Informácie určené na spracovanie počítačom musia byť zakódované vo formáte vhodnom pre počítač. Väčšina moderného hardvéru je založená na digitálnych obvodoch, ktoré majú iba dva stabilné stavy, ON a OFF (pozri prednášku 2). V dôsledku kódovania sa akékoľvek číslo, znak alebo príkaz skonvertuje na reťazec binárnych číslic nazývaných bity, z ktorých každá má jednu z dvoch možných hodnôt: 0 alebo 1. Na znázornenie čísel (ako bude zrejmé v kapitole 4) , zvyčajne sa používa pozičný binárny zápis. Niekedy sa používa binárne kódovaný desiatkový formát (Binary-Coded Decimal, BCD), podľa ktorého sa každá desiatková číslica kóduje samostatne pomocou štyroch bitov.

Písmená a čísla sú tiež reprezentované pomocou binárnych kódov. Bolo pre nich vyvinutých niekoľko rôznych schém kódovania. Najbežnejšie schémy sú ASCII (American Standard Code for Information Interchange – American Standard Code for Information Interchange), kde je každý znak reprezentovaný 7-bitovým kódom, a EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code – rozšírený binárny desiatkový kód pre informácie). exchange), ktorý používa 8 bitov na kódovanie znaku.

3.1.1. Vstupné zariadenie

Počítač prijíma zakódované informácie cez vstupné zariadenie, ktorého úlohou je čítať dáta. Najbežnejším vstupným zariadením je klávesnica. Keď používateľ stlačí kláves, príslušné písmeno alebo číslo sa automaticky skonvertuje na špecifický binárny kód a po kábli sa odošle buď do pamäte alebo do procesora.

Existuje množstvo ďalších vstupných zariadení vrátane joystickov, trackballov a myší. Používajú sa v spojení s displejom ako grafické vstupné zariadenia. Na audio vstup je možné použiť mikrofóny. Zvukové vibrácie, ktoré vnímajú, sa merajú a premieňajú na digitálne kódy na ukladanie a spracovanie.

3.1.2. pamäťový blok

Úlohou pamäťového bloku je ukladať programy a dáta. Existujú dve triedy úložných zariadení, a to primárne a sekundárne. Primárne úložisko je pamäť, ktorej výkon je určený rýchlosťou elektronických obvodov. Kým je program spustený, musí byť uložený v primárnej pamäti. Táto pamäť pozostáva z veľkého počtu polovodičových buniek, z ktorých každá môže uchovávať jeden bit informácie. Bunky sa zriedka čítajú jednotlivo - zvyčajne sa spracúvajú v skupinách s pevnou veľkosťou, ktoré sa nazývajú slová. Pamäť je organizovaná tak, že obsah jedného slova obsahujúceho n bitov možno zapísať alebo prečítať v jednej základnej operácii.

Na uľahčenie prístupu k slovám v pamäti je každému slovu priradená samostatná adresa. Adresy sú čísla, ktoré identifikujú konkrétne miesta slov v pamäti. Ak chcete prečítať slovo z pamäte alebo ho do nej zapísať, musíte zadať jeho adresu a zadať riadiaci príkaz, ktorý spustí príslušnú operáciu.

Počet bitov v každom slove sa často označuje ako dĺžka strojového slova. Slovo má zvyčajne dĺžku 16 až 64 bitov. Jedným z faktorov charakterizujúcich triedu počítača je kapacita jeho pamäte. Malé stroje zvyčajne dokážu uložiť len niekoľko desiatok miliónov slov, zatiaľ čo stredné a veľké stroje zvyčajne dokážu uložiť stovky miliónov a miliardy slov. Typickými jednotkami na meranie množstva údajov spracovaných strojom sú slovo, niekoľko slov alebo časť slova. Počas jedného prístupu do pamäte sa spravidla číta alebo zapisuje iba jedno slovo.

Počas vykonávania musí byť program v pamäti. Pokyny a údaje sa musia zapisovať a čítať z pamäte pod kontrolou procesora. Možnosť extrémne rýchleho prístupu k akémukoľvek slovu pamäte je mimoriadne dôležitá. Pamäť, ku ktorej je možné pristupovať kedykoľvek v krátkom a pevnom čase, sa nazýva pamäť s náhodným prístupom (RAM). Čas potrebný na prístup k jednému slovu sa nazýva čas prístupu do pamäte. Tento čas je vždy rovnaký, bez ohľadu na to, kde sa požadované slovo nachádza. Čas prístupu do pamäte v moderných zariadeniach RAM sa pohybuje od niekoľkých nanosekúnd do 100. Pamäť počítača je zvyčajne hierarchická štruktúra pozostávajúca z troch alebo štyroch úrovní polovodičových prvkov RAM s rôznymi rýchlosťami a rôznymi veľkosťami. Najrýchlejším typom pamäte RAM je vyrovnávacia pamäť (alebo jednoducho vyrovnávacia pamäť). Je priamo spojený s procesorom a často je s ním umiestnený na rovnakom integrovanom čipe, vďaka čomu sa výrazne zrýchli práca procesora. Väčšia pamäť, ale menej rýchla, sa nazýva hlavná pamäť. Ďalej v tejto prednáške je podrobnejšie opísaný proces prístupu k informáciám v pamäti a neskôr sa budeme podrobne zaoberať princípmi jej fungovania a otázkami súvisiacimi s výkonom.

Primárne úložné zariadenia sú mimoriadne dôležité komponenty pre počítač, ale sú dosť drahé. Preto sú počítače vybavené dodatočnými, lacnejšími sekundárnymi úložnými zariadeniami slúžiacimi na ukladanie veľkého množstva dát a veľkého množstva programov. V súčasnosti existuje veľa takýchto zariadení. Ale najrozšírenejšie sú magnetické disky, magnetické pásky a optické disky (CD-ROM).

3.1.3. Aritmetická logická jednotka

Väčšina počítačových operácií sa vykonáva v aritmetickej logickej jednotke (ALU) procesora. Zoberme si typický príklad. Predpokladajme, že potrebujeme pridať dve čísla do pamäte. Tieto čísla sú odoslané do procesora, kde ALU vykoná ich sčítanie. Výsledné množstvo je možné zapísať do pamäte alebo ponechať v procesore na okamžité použitie.

Akékoľvek iné aritmetické alebo logické operácie, vrátane násobenia, delenia a porovnávania čísel, začínajú odoslaním týchto čísel do procesora, kde musí ALU vykonať príslušnú operáciu. Keď sa operandy prenesú do procesora, uložia sa do vysokorýchlostných pamäťových prvkov nazývaných registre. Každý register môže uložiť jedno slovo údajov. Čas prístupu k registrom procesora je dokonca kratší ako čas prístupu k najrýchlejšej vyrovnávacej pamäti.

Riadiace a aritmetické logické jednotky pracujú mnohonásobne rýchlejšie ako všetky ostatné zariadenia pripojené k počítačovému systému. To umožňuje jedinému procesoru ovládať mnoho externých zariadení, ako sú klávesnice, displeje, magnetické a optické disky, senzory a mechanické ovládacie prvky.

3.1.4. výstupný blok

Funkcia výstupného bloku je opačná ako funkcia vstupného bloku: smeruje výsledky spracovania do takzvaného vonkajšieho sveta. Typickým príkladom výstupného zariadenia je tlačiareň. Tlačiarne používajú na tlač nárazové mechanizmy, atramentové hlavy alebo technológie kopírovania, ako sú laserové tlačiarne. Existujú tlačiarne schopné tlačiť až 10 000 riadkov za minútu. Na mechanické zariadenie je to obrovská rýchlosť, no v porovnaní s rýchlosťou procesora zanedbateľná.

Niektoré zariadenia, a najmä grafické displeje, vykonávajú funkciu výstupu aj funkciu vstupu. Preto sa nazývajú vstupno-výstupné zariadenia.

3.1.5. Ovládací blok

Pamäť, aritmetika a logika, vstupné a výstupné zariadenia ukladajú a spracúvajú informácie a vykonávajú vstupné a výstupné operácie. Prevádzku takýchto zariadení je potrebné nejako koordinovať. Presne toto robí riadiaca jednotka. Toto je takpovediac nervové centrum počítača, ktorý prenáša riadiace signály do iných zariadení a monitoruje ich stav.

I/O operácie sú riadené programovými príkazmi, ktoré identifikujú zodpovedajúce I/O zariadenia a prenášané dáta. Avšak skutočné časovacie signály, ktoré riadia prenos, sú generované riadiacimi obvodmi. Časovacie signály sú signály, ktoré určujú, kedy sa má daná činnosť vykonať. Okrem toho sa pomocou hodinových signálov generovaných riadiacou jednotkou prenášajú dáta medzi procesorom a pamäťou. Riadiacu jednotku si možno predstaviť ako samostatné zariadenie interagujúce s ostatnými časťami stroja. Ale v praxi sa to stáva zriedka. Väčšina riadiacich obvodov je fyzicky rozmiestnená na rôznych miestach počítača. Signály používané na synchronizáciu udalostí a akcií všetkých zariadení sa prenášajú cez množstvo riadiacich vedení (vodičov). Vo všeobecnosti možno fungovanie počítača opísať takto:

• 
  Počítač pomocou vstupnej jednotky prijíma informácie vo forme programov a dát a zapisuje ich do pamäte.
• 
  Informácie uložené v pamäti pod kontrolou programu sa posielajú do aritmetickej logickej jednotky na ďalšie spracovanie.
• 
  Údaje získané ako výsledok spracovania informácií sa odosielajú do výstupných zariadení.
• 
  Riadiaca jednotka je zodpovedná za všetky činnosti vykonávané vo vnútri stroja.

3.2. Základné prevádzkové koncepty

Ako je uvedené v časti 3.1, činnosti počítača sú riadené pokynmi. Na vykonanie konkrétnej úlohy sa do pamäte zapíše zodpovedajúci program, ktorý pozostáva zo sady príkazov. Inštrukcie sa postupne posielajú z pamäte do procesora, ktorý ich vykoná. Dáta používané ako inštrukčné operandy sú tiež uložené v pamäti. Tu je príklad typického príkazu:

Táto inštrukcia sčíta operand uložený v pamäti na adrese LOCA s operandom uloženým v registri R0 na procesore a umiestni výsledok do rovnakého registra. Pôvodný obsah pamäte na LOCA sa nezmení a obsah registra R0 sa prepíše. Tento príkaz sa vykonáva v niekoľkých krokoch. Najprv sa prenesie z pamäte do procesora. Operand inštrukcie sa potom načíta z pamäte na adrese LOCA a pridá sa k obsahu registra R0, po čom sa výsledný súčet zapíše do registra R0.

Opísaný príkaz Add kombinuje dve operácie: prístup do pamäte a operáciu ALU. V mnohých moderných počítačoch sa tieto dva typy operácií vykonávajú pomocou samostatných pokynov. Toto rozdelenie je založené na úvahách o výkone, o ktorých budeme diskutovať nižšie. Vyššie uvedený príkaz môže byť tiež implementovaný ako dva príkazy:

1) Načítajte R3, LOCA pre architektúru Intel (IA-32): mov bx, loca

Pridajte R0,R3 pridajte ax,bx

Prvá z týchto inštrukcií skopíruje obsah pamäte na adrese LOCA do registra procesora R1 a druhá inštrukcia pridá obsah registrov R1 a R0 a umiestni súčet do registra R0. Upozorňujeme, že v dôsledku vykonania dvoch inštrukcií sa pôvodný obsah oboch registrov zničí a obsah pamäte na adrese LOCA sa zachová.

Prenos dát medzi pamäťou a procesorom začína odoslaním adresy slova, ku ktorému sa má pristupovať, do pamäťového zariadenia a vydaním príslušných riadiacich signálov. Údaje sa potom prenesú do alebo z pamäte.

Na obr. Obrázok 3.2 zobrazuje prepojenie pamäte a procesora. Okrem toho obrázok ilustruje niekoľko dôležitých vlastností procesora, o ktorých sme ešte nehovorili. Nezobrazuje skutočnú schému zapojenia týchto komponentov, pretože zatiaľ diskutujeme iba o ich funkčných charakteristikách. Zapojenie komponentov je podrobnejšie popísané v časti 8 pri zvažovaní konštrukcie procesora.

Okrem ALU a riadiacich obvodov obsahuje procesor mnoho registrov určených na rôzne účely. Register inštrukcií (IR) obsahuje kód aktuálne vykonávanej inštrukcie. Jeho výsledok je dostupný pre riadiace obvody, ktoré generujú signály na ovládanie rôznych prvkov zapojených do vykonávania príkazu. Ďalší špecializovaný register, nazývaný Program Counter (PC), slúži na kontrolu priebehu programu. Obsahuje adresu ďalšej inštrukcie, ktorá sa má vyvolať a vykonať. Počas vykonávania ďalšej inštrukcie sa aktualizuje obsah registra PC - zapíše sa do nej adresa ďalšej inštrukcie. Hovorí sa, že register PC ukazuje na inštrukciu, ktorá sa má stiahnuť z pamäte. Okrem IR a PC registrov na obr. 3.2 ukazuje n všeobecných registrov, od R0 do R„-i. Na čo slúžia, je vysvetlené v kapitole 2.

Nakoniec ďalšie dva registre poskytujú interakciu s pamäťou. Ide o register adries (Memory Address Register, MAR) a dátový register (Memory Data Register, MDR). Register MAR obsahuje adresu, na ktorej sa pristupuje do pamäte a register MDR obsahuje údaje, ktoré je potrebné na tejto adrese zapisovať do pamäte alebo z nej čítať.

Zvážte typický proces vykonávania programu počítačom. Program sa nachádza v pamäti, kam sa väčšinou dostane cez vstupné zariadenie. Jeho vykonanie začína zápisom adresy prvej inštrukcie do registra PC. Obsah tohto registra sa prenesie do registra MAR a do pamäte sa odošle riadiaci signál Read. Keď uplynie čas potrebný na prístup do pamäte, adresované slovo (v tomto prípade prvá inštrukcia programu) sa načíta z pamäte a nahrá do registra MDR. Obsah registra MDR sa potom prenesie do registra IR. Príkaz je pripravený na dekódovanie a vykonanie.

Ak inštrukcia vyžaduje, aby ALU vykonala určitú operáciu, musí pre ňu získať operandy. Operand nachádzajúci sa v pamäti (môže byť aj vo všeobecnom registri) z nej treba najskôr extrahovať prenesením jeho adresy do registra MAR a inicializáciou Readovej slučky. Po prenesení z pamäte do registra MDR sa operand odošle do ALU. Podobne sa tam prenesú aj zvyšné operandy potrebné pre príkaz, po ktorom bude môcť ALU vykonať požadovanú operáciu. Ak je potrebné výsledok uložiť do pamäte, zapíše sa do registra MDR. Potom sa adresa, na ktorú je potrebné zapísať do pamäte, umiestni do registra MAR, po čom sa spustí slučka zápisu. V určitom bode počas vykonávania aktuálnej inštrukcie sa register PC zvýši, aby ukázal na ďalšiu inštrukciu, ktorá sa má vykonať. Inými slovami, akonáhle je vykonanie aktuálnej inštrukcie dokončené, bude možné začať s načítaním ďalšej.

Ryža. 3.2. Spojenie medzi procesorom a pamäťou

Počítač nielen posiela dáta medzi pamäťou a procesorom, ale ich aj prijíma zo vstupných zariadení a posiela ich aj do výstupných zariadení. Preto sú medzi strojovými pokynmi aj pokyny na vykonávanie I/O operácií.

Ak je potrebné urýchlene vykonať servis zariadenia (napríklad keď monitorovacie zariadenie v automatizovanom priemyselnom procese zistí nebezpečnú situáciu), môže sa prerušiť normálne vykonávanie programu. Aby bolo možné okamžite reagovať na túto situáciu, počítač musí prerušiť vykonávanie aktuálneho programu. Na tento účel zariadenie generuje signál prerušenia. Prerušenie je požiadavka od I/O zariadenia poskytnúť mu čas CPU. Na obsluhu tohto zariadenia procesor spustí príslušnú obsluhu prerušenia. A keďže jeho vykonanie môže zmeniť vnútorný stav procesora, pred obsluhou prerušenia musíte jeho stav uložiť do pamäte. Táto operácia zvyčajne uloží obsah registra PC, všeobecných registrov a niektorých riadiacich informácií. Keď sa obsluha prerušenia ukončí, stav procesora sa obnoví a prerušený program pokračuje. Procesor so všetkými jeho prvkami (obr. 3.2) je zvyčajne realizovaný ako jeden mikroobvod, na ktorom je umiestnené aspoň jedno cache pamäťové zariadenie. Takéto čipy sa nazývajú VLSI (VLSI je skratka pre Very Large Scale Integration, čo v preklade znamená integrácia vo veľkom meradle).

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/

1. Funkčná organizácia osobného počítača. CPU. Periférne ovládače. Štruktúra a funkcie systémovej zbernice. Periférne zariadenia (I/O zariadenia atď.). Princíp pripojenia periférnych zariadení na systémovú zbernicu

1.1 Zloženie a účel hlavných prvkov osobného počítača

1.2 Externé úložné zariadenia

1.3 Vstupné/výstupné zariadenia

1.4 Periférne ovládače

1.5 Zásady pripojenia periférií

2. Modely na riešenie funkčných a výpočtových problémov. Klasifikácia typov modelovania. matematických modelov. informačné modely. Pojem algoritmu a jeho vlastnosti. Metódy opisu algoritmov. Základné algoritmické konštrukcie

2.1 Klasifikácia modelov. Matematické modely

2.2 Informačné modely

2.3 Pojem algoritmu a jeho vlastnosti

2.4 Spôsoby opisu algoritmov

2.5 Základné riadiace štruktúry algoritmov (základné algoritmické konštrukcie)

Praktická časť

Literatúra

1. Funkčná organizácia osobného počítača. CPU. Periférne ovládače. Štruktúra a funkcie systémovej zbernice. Periférne zariadenia (I/O zariadenia atď.). Princíp pripojenia periférnych zariadení na systémovú zbernicu

1.1 Zloženie a účel hlavných prvkov osobného počítača

CPU

CPU(CPU) - funkčne kompletné softvérovo riadené zariadenie na spracovanie informácií, vyrobené na jednom alebo viacerých VLSI. V moderných počítačoch od rôznych spoločností sa používajú procesory dvoch hlavných architektúr:

· Kompletný systém príkazov s premenlivou dĺžkou - Complex Instruction Set Computer (CISC);

· Redukovaná inštrukčná sada s pevnou dĺžkou - Reduced Instruction Set Computer (RISC).

Najkomplexnejším funkčným zariadením procesora je zariadenie na riadenie vykonávania pokynov. Obsahuje:

· Príkazová vyrovnávacia pamäť, ktorý ukladá jeden alebo viac nasledujúcich príkazov programu; načíta ďalšie príkazy z úložného zariadenia počas vykonávania nasledujúceho príkazu, čím sa skráti čas jeho načítania z pamäte;

· Príkazový dekodér dešifruje operačný kód nasledujúceho príkazu a prevedie ho na adresu začiatku mikroprogramu, ktorý implementuje vykonanie príkazu;

· Riadenie výberu ďalšej mikroinštrukcie je malý procesor, ktorý pracuje na von Neumannovom princípe, má vlastné počítadlo mikroinštrukcií, ktoré automaticky vyberá ďalšiu mikroinštrukciu z mikroinštrukcií ROM;

· Pamäť len na čítanie(ROM) mikropríkazov je pamäťové zariadenie, do ktorého sa informácie zapíšu raz a potom sa dajú len čítať; Charakteristickým znakom ROM je, že informácie v ňom zaznamenané sú uložené na ľubovoľne dlhú dobu a nevyžadujú konštantné napájacie napätie.

Ďalšia mikroinštrukcia sa vyvolá po určitom časovom intervale, ktorý závisí od času vykonania predchádzajúcej mikroinštrukcie. Frekvencia, pri ktorej sú mikroinštrukcie vzorkované, sa nazýva taktovanie procesora. Hodinová frekvencia je dôležitou charakteristikou procesora, pretože určuje rýchlosť, akou procesor vykonáva inštrukcie, a v konečnom dôsledku aj rýchlosť procesora. radič počítačového procesora

Aritmetická logická jednotka (ALU) je určená na vykonávanie aritmetických a logických operácií konverzie informácií. Funkčne sa ALU skladá z niekoľkých špeciálnych registrov, plnej bitovej sčítačky a miestnych riadiacich obvodov. ALU je založená na zariadení, ktoré implementuje aritmetickú operáciu. Sčítanie dvoch celých čísel. Zostávajúce aritmetické operácie sú implementované pomocou reprezentácie čísel v špeciálnom dvojkovom doplnkovom kóde. ALU sčítačka je viacbitové zariadenie, ktorého každý bit je obvod na logických prvkoch, ktoré vykonávajú sčítanie dvoch jednobitových binárnych čísel, pričom sa zohľadňuje prenos z predchádzajúceho najmenej významného bitu (polovičná sčítačka). Výsledkom je súčet vstupných hodnôt a prenosu do ďalšieho MSB. Takéto funkčné zariadenie sa nazýva jednobitová, plná sčítačka.

Všeobecné registre (RON) sa používajú na dočasné uloženie operandov vykonateľnej inštrukcie a výsledkov výpočtov a tiež na ukladanie adries pamäťových buniek alebo I/O portov pre príkazy, ktoré pristupujú k pamäti a externým zariadeniam. Ak sú operandy uložené v RON, potom sa výrazne skráti čas vykonania inštrukcie.

Interné úložné zariadenia: pamäť s náhodným prístupom, vyrovnávacia pamäť, pamäť iba na čítanie . Ďalšou dôležitou funkčnou jednotkou počítača je pamäťové zariadenie alebo pamäť. Pamäť, v ktorej sú uložené spustiteľné programy a údaje, sa nazýva pamäť s náhodným prístupom (RAM) alebo RAM (pamäť s náhodným prístupom). RAM vám umožňuje zapisovať a čítať informácie z bunky a odkazovať na ňu podľa čísla alebo adresy. Pamäťová bunka má štandardný počet binárnych číslic – jeden bajt. Informácie v RAM sú uložené po celý čas, kým sú pamäťové obvody napájané, t.j. je nestály.

Existujú dva typy pamäte RAM, ktoré sa líšia technickými charakteristikami: dynamická RAM alebo DRAM (Dynamic RAM) a statická RAM alebo SRAM (Statická RAM). Dynamická RAM je rádovo pomalšia ako statická RAM. Dynamická pamäť RAM sa zvyčajne používa ako pamäť RAM alebo video pamäť. Statická RAM sa používa ako malá vyrovnávacia ultrarýchla pamäť. Cache - pamäť z dynamickej pamäte obsahuje inštrukcie a dáta, ktoré bude procesor práve vykonávať.

Rýchlosť pamäte RAM je nižšia ako rýchlosť procesora, preto sa na zlepšenie jej výkonu používajú rôzne metódy. Napríklad umiestnenie niekoľkých pamäťových modulov s prekladaním adries do jedného balenia čipu VLSI.

Na zníženie vplyvu času prístupu procesora k RAM a zvýšenie výkonu počítača je nainštalovaná dodatočná ultra-vysokorýchlostná vyrovnávacia pamäť vyrobená na statických pamäťových čipoch. Táto pamäť sa nazýva cache pamäť (z angl. Cache – zásoba). Čas prístupu k údajom vo vyrovnávacej pamäti je rádovo nižší ako čas RAM a je porovnateľný s rýchlosťou samotného procesora. Moderné procesory majú vstavanú vyrovnávaciu pamäť, ktorá sa nachádza vo vnútri procesora, navyše na základnej doske je vyrovnávacia pamäť. Na rozlíšenie medzi nimi je rozdelená do úrovní. Na samotnom čipe procesora sa nachádza vyrovnávacia pamäť prvej úrovne, má objem cca 16-128 KB a najvyššiu rýchlosť výmeny dát. V balení procesora, no na samostatnom čipe, sa nachádza vyrovnávacia pamäť druhej úrovne, ktorá má objem cca 256 KB – 2 MB. L3 cache sa nachádza na základnej doske a môže mať 16 - 1000 MB.

Použitie vyrovnávacej pamäte procesom zvyšuje výkon procesora, najmä v prípadoch, keď sa pomerne malé množstvo údajov postupne konvertuje a počas konverzie sa neustále ukladá do vyrovnávacej pamäte.

V rovnakom adresnom priestore s RAM je špeciálna pamäť určená na trvalé ukladanie programov, ako je testovanie a spúšťanie počítača a ovládanie externých zariadení. Je neprchavý, t.j. uchováva zaznamenané informácie pri výpadku napájania. Táto pamäť sa nazýva pamäť iba na čítanie (ROM) alebo ROM (pamäť iba na čítanie). Pamäťové zariadenia iba na čítanie možno rozdeliť do nasledujúcich kategórií podľa spôsobu, akým sa do nich zapisujú informácie:

ROM, programovateľná raz. Sú naprogramované vo výrobe a neumožňujú zmeniť informácie v nich zaznamenané.

Preprogramovateľné ROM (PROM). Umožňuje vám ich viackrát preprogramovať. Zmenu obsahu EPROM je možné vykonať priamo ako súčasť počítačového systému (táto technológia je tzv flash technológia) a mimo neho, na špeciálnych zariadeniach tzv programátorov.

Vnútorné pneumatiky

Spoločný autobus, spolu s centrálnou procesorovou jednotkou a úložným zariadením do značnej miery určuje výkon počítača, pretože zabezpečuje výmenu informácií medzi funkčnými jednotkami. Spoločná zbernica je rozdelená na tri samostatné zbernice podľa typu prenášanej informácie: adresová zbernica, dátová zbernica, riadiaca zbernica. Každá pneumatika sa vyznačuje: šírka- počet paralelných vodičov na prenos informácií; frekvencia hodín- frekvencia, s ktorou pracuje ovládač zbernice počas vytvárania cyklov prenosu informácií.

Adresová zbernica je určená na prenos adresy pamäťovej bunky alebo I/O portu. Šírka adresovej zbernice určuje maximálny počet buniek, ktoré môže priamo adresovať. Ak je šírka adresovej zbernice n, potom množstvo adresovateľnej pamäte je 2n.

Dátová zbernica je určená na prenos príkazov a dát a jej šírka do značnej miery určuje informačnú šírku pásma spoločnej zbernice. V moderných počítačoch je šírka dátovej zbernice 32 - 64.

Riadiaca zbernica zahŕňa všetky linky, ktoré zabezpečujú prevádzku spoločnej zbernice. Jej šírka závisí od typu zbernice a je určená algoritmom jej činnosti resp protokol prevádzka pneumatík. Zbernicový protokol pozostáva z niekoľkých cyklov a je vykonávaný zbernicovým radičom umiestneným vo vnútri procesora alebo samostatným zbernicovým radičom.

Vývojári navrhujú zahrnúť do počítača ďalšie zbernice, ktoré priamo spájajú centrálny procesor a niektoré z najrýchlejších zariadení. Takéto pneumatiky sa nazývajú miestne pneumatiky. Lokálne zbernice sa používajú na pripojenie úložného zariadenia a videoradiča k procesoru.

Hlavné charakteristiky všeobecných a miestnych autobusov používaných v podnikových PCIBM.

Spoločný autobus PCI sa používa v stolných počítačoch, v súčasnosti sa používa modifikácia PCI 2/1 / Taktovacia frekvencia radiča tejto zbernice je 66 MHz, šírka adresovej zbernice je 32 a dátová zbernica je 64 bitov . Špičková šírka pásma zbernice 528 MB/s.

Bežná zbernica PCMCIA sa používa v prenosných počítačoch triedy notebookov a má parametre porovnateľné s PCI /

Lokálna zbernica na pripojenie AGP video ovládača umožňuje priamu komunikáciu medzi video ovládačom a pamäťou s náhodným prístupom. Je zameraný na hromadný prenos video dát. Má organizáciu potrubia na vykonávanie operácií čítania/zápisu, čo zabraňuje oneskoreniam pri prístupe k pamäťovým modulom. V jednom cykle prevádzky dokáže preniesť dva, štyri alebo osem blokov dát v závislosti od nastaveného prevádzkového režimu. Pri nastavení na režim paralelného prenosu ôsmich blokov poskytuje maximálnu prenosovú rýchlosť 2112 MB/s.

1.2 Externé úložné zariadenia

Na rozdiel od pamäte s náhodným prístupom majú externé úložné zariadenia (VZU) veľké množstvo uložených informácií a sú energeticky nezávislé. Najpoužívanejší disk VZU, ktorý podľa druhu média môžeme rozdeliť na magnetické, optické a zmiešané.

Magnetické disky použiť magnetické materiály so špeciálnymi vlastnosťami, ktoré umožňujú fixáciu dvoch stavov. Informácie na magnetických diskoch zapisuje a číta magnetická hlava, ktorá sa radiálne pohybuje s pevným rozstupom, pričom samotný disk sa otáča okolo svojej osi. Hlava číta alebo zapisuje informácie umiestnené na sústrednom kruhu tzv cesta alebo trať. Každá trať je navyše rozdelená na množstvo sekcií – sektorov. Sektor obsahuje najmenší blok informácií, ktorý je možné zapisovať na disk alebo z neho čítať. Čítanie a zápis na disk prebieha v blokoch, preto sa diskové jednotky nazývajú blokové zariadenia.

Fyzická štruktúra disku určený počtom stôp a počtom sektorov na každej stope. Nastavuje sa pri formátovaní disku, ktoré vykonávajú špeciálne programy a je potrebné ho vykonať pred prvým použitím disku na záznam informácií.

Okrem fyzickej štruktúry disku hovoria aj o logická štruktúra. Logická štruktúra je určená súborovým systémom, ktorý je implementovaný na disku a závisí od operačného systému počítača, na ktorom sa disk používa.

Optické mechaniky

Optický kompaktný disk, ktorý v roku 1982 pôvodne navrhli spoločnosti Philips a Sony na záznam zvukových informácií, sa ideálne hodil na záznam veľkého množstva digitálnych informácií na vymeniteľné médiá. Objem informácií zaznamenaných na CD je 600-700 MB. Medzi výhody patrí jeho relatívna lacnosť, vysoká spoľahlivosť a životnosť, necitlivosť na znečistenie a magnetické polia. V polovici 90. rokov. objavili sa zariadenia nainštalované priamo v počítači a umožňujúce jednorazový záznam informácií na CD. Pre takéto zariadenia sa vyrábajú špeciálne CD, ktoré sa nazývajú CD-Recodable (CD-R).

Neskôr sa objavili prepisovateľné CD - CD-ReWritable (CD-RW).

Ďalší vývoj technológie kompaktných diskov viedol k vytvoreniu diskov s vysokou hustotou – Digital Versatile Disk (DVD). Množstvo zaznamenaných informácií na disku dosahuje 4,7 GB. Ďalšie zvýšenie množstva informácií poskytuje použitie obojstranných DVD.

Flash pamäť.

Medzi nevýhody diskovej pamäte patrí prítomnosť mechanických pohyblivých komponentov s nízkou spoľahlivosťou a vysoká spotreba energie pri zápise a čítaní. Vznik veľkého množstva digitálnych zariadení (MP3 prehrávače, digitálne fotoaparáty a videokamery, vreckové počítače) si vyžiadal vývoj miniatúrnych externých pamäťových zariadení s nízkou spotrebou energie, značnou kapacitou a zabezpečili by kompatibilitu s osobnými počítačmi. Prvé priemyselné vzorky takejto pamäte sa objavili v roku 1994 a nazývali sa flash pamäťou.

Flash pamäť je preprogramovateľná pamäť len na čítanie (PROM) s neobmedzeným počtom cyklov zápisu. Štrukturálne je flash pamäť implementovaná ako samostatná jednotka obsahujúca flash pamäťový čip a radič pre pripojenie k jednému zo štandardných počítačových vstupov. Rozmery tohto bloku sú 40 x 16 x 7 mm. Flash pamäť používaná v iných digitálnych zariadeniach má rôzne rozmery a dizajn. V súčasnosti dosahuje objem flash pamäte niekoľko GB, rýchlosť zápisu a čítania desiatky MB/s.

1.3 Vstupné/výstupné zariadenia

Video terminály

Video terminály určený na rýchle zobrazovanie textových a grafických informácií za účelom vizuálneho vnímania jeho používateľov. Video terminál sa skladá z video monitora (displej) a video ovládača.

Pre PC sa používajú tieto typy monitorov:

Založené na katódovej trubici (CRT);

Na základe indikátorov z tekutých kryštálov (LCD, LCD - displej z tekutých kryštálov);

Plazmové monitory (PDP - Plasma Display Panels);

Elektroluminiscenčné monitory (FED - Field Emission Display);

Samovyžarujúce monitory (LEP - Light Emission Plastics).

Hlavné vlastnosti monitorov:

Veľkosť obrazovky monitora- sa nastavuje veľkosťou uhlopriečky v palcoch. Domáce PC sú vybavené monitormi s veľkosťou 15 alebo 17 palcov, pričom pre profesionálnu prácu vyžadujúcu zobrazenie jemných detailov slúžia monitory s veľkosťou 21 a 22 palcov.

Rozhodnutie- určený podľa čísla pixelov(svetlé bodky) horizontálne a vertikálne. Štandardné hodnoty rozlíšenia moderných monitorov sú nasledovné: 800 x 600, 1024 x 768, 1800 x 1440, 2048 x 1536 atď. Hodnota rozlíšenia určuje kvalitu obrazu na obrazovke.

Pracovná snímková frekvencia - určuje snímkovú frekvenciu obrazu. Ovplyvňuje únavu očí pri dlhšej práci na počítači. Čím vyššia snímková frekvencia, tým menšia únava očí. Frekvencia snímok do značnej miery závisí od rozlíšenia obrazovky: čím vyššie rozlíšenie, tým nižšia snímková frekvencia. Napríklad pri rozlíšení 800 x 600 môže byť maximálna snímková frekvencia 120 Hz a pri rozlíšení 1600 x 1200 - 67 Hz. Rozlíšenie monitora a kvalitu obrazu ovplyvňuje hlasitosť. video pamäť. Moderné ovládače videa používajú 4 bajty pamäte na uloženie farby každého pixelu, čo si vyžaduje veľkosť video pamäte 32 až 128 MB. Viac video pamäte umožňuje nastaviť režim vyššieho rozlíšenia a viac farieb pre každý pixel.

Monitory založené na CRT použiť katódové trubice používané v konvenčných televíznych prijímačoch a zariadenie, ktoré vytvára body (pixely) na obrazovke. Pri farebných monitoroch sa farba bodu vytvára posunom týchto základných farieb (červená, zelená a modrá) a závisí od intenzity každého elektrónového lúča. Farebný monitor dokáže zobraziť až 16 miliónov farieb v každom bode.

Monitory na indikátoroch z tekutých kryštálov sú ploché panely. Tieto monitory využívajú špeciálnu, priehľadnú kvapalinu, ktorá pri určitých napätiach elektrostatického poľa kryštalizuje, pričom mení svoju priehľadnosť a index lomu svetelných lúčov. Tieto efekty sa používajú na tvarovanie obrazu. Tieto monitory majú najlepší jas a umožňujú zobraziť obrazovku aj s odchýlkou ​​až 45 stupňov od vertikály.

AT plazmové monitory obraz je tvorený svetlom vyžarovaným plynovým výbojom v každom pixeli obrazovky. Veľkými výhodami takýchto monitorov sú vysoký jas a kontrast, žiadne chvenie obrazu, ako aj veľký uhol odchýlky od normálu, pri ktorom si obraz zachováva vysokú kvalitu. Medzi nevýhody patrí stále nedostatočné rozlíšenie a pomerne rýchle (na kancelárske použitie päť rokov) zhoršenie kvality luminoforu. Zatiaľ sa takéto monitory používajú len na konferencie a prezentácie.

Elektroluminiscenčné monitory pozostávajú z dvoch dosiek, na ktorých sú ortogonálne aplikované priehľadné vodiče. Na jednu z platní je nanesená fosforová vrstva, ktorá po privedení napätia na vodiče v mieste ich priesečníka začne žiariť, čím sa vytvorí pixel.

Samovyžarujúce monitory využívajú maticu pixelov postavenú na báze polovodičového materiálu, ktorý vyžaruje svetlo, keď je naň privedené napätie (LED). K dnešnému dňu existujú monochromatické samovyžarujúce displeje so žltým žiarením, ktoré sú však z hľadiska životnosti nižšie ako LCD monitory. Výhodou takýchto monitorov je, že poskytujú 180-stupňový pohľad, fungujú pri nízkom napájacom napätí a majú nízku hmotnosť.

Vstupné zariadenia

Klávesnica. Klávesnica je zariadenie na manuálne zadávanie informácií do počítača. Moderné typy klávesníc sa líšia najmä princípom generovania signálu pri stlačení klávesu.

Medzi modernými typmi klávesníc možno zaznamenať bezdrôtové, v ktorých sa informácie prenášajú do počítača pomocou snímača infračerveného žiarenia, podobne ako ovládacie panely rôznych domácich spotrebičov. Takáto klávesnica vám umožňuje pracovať na akomkoľvek mieste vhodnom pre používateľa bez toho, aby ste boli viazaní na umiestnenie systémovej jednotky. Môžeme si všimnúť aj flexibilnú gumenú klávesnicu, ktorá funguje ticho, je chránená pred mechanickými a chemickými vplyvmi, je veľmi tenká a dá sa zrolovať do valca.

Procesor klávesnice, ktorý spracováva signály z klávesnice, určuje číslo stlačeného klávesu, takzvaný skenovací kód, a servisné programy operačného systému určujú, ktorý znak alebo príkaz bol zadaný. Tento prístup umožňuje každému klávesu priradiť viac ako jeden znak.

Manipulátor typu myši. Ako prídavné zariadenia na manuálne zadávanie informácií sa najviac používajú grafické vstupné zariadenia typu „myš“ a zariadenia na zadávanie informácií do herných programov – joysticky.

Manipulátor „myš“ je nevyhnutným nástrojom pre prácu s počítačom. Myš je elektronicko-mechanické zariadenie, ktorého vzhľad a princíp činnosti sú veľmi rôznorodé. Najpopulárnejšie typy myší používané v stolných počítačoch sú vo forme malej škatuľky, na ktorej vrchu sú dve tlačidlá na ovládanie príkazov myši a rolovacie koliesko slúžiace na posúvanie informácií v niektorých aplikáciách. Na spodnej strane je mechanické alebo elektronické zariadenie, ktoré sleduje pohyb myši po povrchu. V prenosných počítačoch je myš zabudovaná do tela a je to podložka so senzormi, ktoré sledujú pohyb prsta na podložke a silu jeho tlaku a pohybujú kurzorom po obrazovke alebo pri silnejšom tlaku vykonávajú príkaz . Takéto zariadenia sa nazývajú trackpointy alebo trackpady. Vyrábajú sa myši, ktoré prenášajú informácie do počítača cez infračervené žiarenie. Týmto myšiam chýba „chvost“, ktorý ich spája s počítačom, podľa ktorého dostali svoje meno.

Joystick. Typ manipulátor je hlavným zariadením na ovládanie mnohých počítačových hier. Najjednoduchším joystickom je základňa s upevnenou rukoväťou, na ktorej sú štyri tlačidlá a dvojpolohová spúšť. Funkcie všetkých tlačidiel a poloha rukoväte sú programovateľné a môžu mať rôzne akcie pre rôzne hry. Joysticky poskytujú väčšiu kontrolu nad hrou a oveľa plnšie sprostredkujú skutočnú hernú situáciu. Na pripojenie joysticku slúži štandardný vstup, zvyčajne umiestnený na konektore zvukovej karty, alebo iný štandardný počítačový vstup.

Tlačiarenské zariadenia

Existuje niekoľko typov zariadení, ktoré poskytujú tlačenú kópiu elektronického dokumentu na papieri alebo inom materiáli. Dva najbežnejšie typy takýchto zariadení sú tlačiarne a plotre.

Tlačiarenské zariadenia (tlačiarne) navrhnutý tak, aby dal informácie na papier. Všetky tlačiarne môžu tlačiť textové informácie, mnohé z nich môžu tlačiť aj obrázky a grafiku a niektoré tlačiarne môžu tlačiť aj farebné obrázky. Existuje niekoľko tisíc modelov tlačiarní, ktoré možno použiť s počítačom IBM PC. Spravidla sa používajú tieto typy tlačiarní: ihličkové, atramentové a laserové, ale existujú aj iné (LED, termálne tlačiarne atď.).

Hlavnou charakteristikou tlačiarne, ktorá určuje kvalitu papierového dokumentu, je rozlíšenie, merané počtom elementárnych bodov, ktoré sa zmestia na jeden palec. Čím vyššie rozlíšenie, tým presnejšie sú reprodukované detaily obrazu. Moderné tlačiarne poskytujú rozlíšenie od 200 do 2880 dpi.

Ďalšou dôležitou charakteristikou je výkon tlačiarne, ktorý sa meria počtom strán vyrobených tlačiarňou za minútu. Produktivita sa zvyčajne uvádza pre strany formátu A4.

Plottery. Plotre, alebo plotre, slúžia najmä na zobrazovanie grafických informácií – nákresov, schém, schém a pod. Hlavnou výhodou je, že sú určené na výrobu obrázkov na veľkoformátový papier, napríklad A1.

Plotre sú rozdelené do dvoch veľkých tried: vektorové a rastrové. Vo vektorových plotroch sa jednotka na písanie pohybuje vzhľadom na papier vertikálne aj horizontálne a kreslí na papier súvislé krivky v ľubovoľnom smere. V rastri - jednotka na písanie sa pohybuje vzhľadom na papier iba jedným smerom. Obrázok je vytvorený riadok po riadku zo sekvencie bodiek.

Vektorové plotre používajú na kreslenie uzol nazývaný pero. Ako pero sa používajú perá s atramentom, vláknité a plastové tyčinky (fixky), tuhy a pastelky alebo guľôčkové uzlíky s jednoduchým a viacnásobným účinkom. Perové plotre poskytujú vysokokvalitné obrázky, ale majú nízku rýchlosť. Postupne sa perové a guľôčkové uzly plotrov nahrádzajú atramentovými uzlami, podobne ako uzly atramentových tlačiarní.

Rastrové plotre môžu mať atramentovú alebo laserovú zapisovaciu jednotku. Ich hlavným rozdielom od tlačiarní s podobným princípom fungovania je šírka spracovávaného obrazu.

Skenery.

Skenery sú najbežnejšími zariadeniami na riešenie problému prevodu papierových dokumentov na elektronické kópie. Môžu byť klasifikované podľa viacerých kritérií. Po prvé, skenery sú čiernobiele a farebné.

Dôležitou charakteristikou skenerov je rozlíšenie, merané počtom rozlíšiteľných bodov na palec obrázka a pohybuje sa od 75 do 1600 dpi. Na bežné rozpoznávanie obrázkov, najmä textov, stačí 300-600 dpi. Rozlíšenie je potrebné zvoliť individuálne pre každé konkrétne použitie naskenovaného obrázka.

Zvýšením rozlíšenia sa dramaticky zväčší veľkosť súboru.

Štrukturálne sú skenery rozdelené do troch typov: manuálne, ploché a valcové.

1.4 Periférne ovládače

Elektronické obvody sa používajú na riadenie činnosti zariadení v počítačoch - ovládače.

Ovládač je elektronické zariadenie určené na pripojenie k chrbticovým periférnym zariadeniam počítača s rôznymi princípmi fungovania, rozhraním a dizajnom.

Pojem „ovládač“ je významovo veľmi blízky inému pojmu – „adaptér“. Účel oboch je rovnaký, ale kontrolér je o niečo komplikovanejší: "predpokladá určitú činnosť - schopnosť samostatne konať po prijatí príkazov z programu, ktorý mu slúži. Komplexný kontrolér môže obsahovať aj vlastný procesor." bežného používateľa sú tieto pojmy prakticky nerozoznateľné a možno ich považovať za synonymá.

Ďalším podobným zariadením je koprocesor. Koprocesory „pomáhajú“ hlavnému (centrálnemu) procesoru, ktorý vykonáva program, implementovať zložité špecifické funkcie. Príkladom je grafický koprocesor, ktorý vykonáva geometrickú konštrukciu a spracovanie grafických obrázkov – možno ho dobre považovať za grafický ovládač. Matematický koprocesor, ktorý vykonáva svoje funkcie „sám“, bez ovládania akýchkoľvek externých zariadení, stojí trochu stranou.

Všetky vyššie uvedené zariadenia slúžia na zníženie zaťaženia centrálneho procesora a zvýšenie celkového výkonu systému. Význam kontrolérov je v tom, že oslobodzujú procesor od najpomalších vstupno/výstupných funkcií. Myšlienky využitia špecializovaných inteligentných obvodov na odľahčenie centrálneho procesora boli predstavené už v tretej generácii počítačov vo veľkých strojoch so zdieľaným použitím IBM-36O (v ZSSR je táto rodina strojov známa ako „analóg“ pod názvom ES počítače). Vo štvrtej generácii sa naskytla technologická príležitosť zostaviť riadiace obvody do monokryštálu a objavili sa mikrokontroléry.

Regulátor spravidla obsahuje: vlastný mikroprocesor, RAM, ROM, registre externých zariadení (prostredníctvom ktorých regulátor spolupracuje s centrálnym procesorom), vyrovnávacie (párovacie) obvody. V určitom zmysle je komplexný ovládač zjednodušený špecializovaný počítač.

Aby počítač fungoval, je potrebné, aby jeho RAM obsahovala program a dáta. Do OP sa dostávajú z rôznych zariadení – klávesnice, disky a pod. Zvyčajne sa tieto zariadenia nazývajú externé, hoci niektoré z nich sú umiestnené vo vnútri systémovej jednotky. Výsledky spustenia programu sa zobrazujú aj na externých zariadeniach – monitor, disky, tlačiareň. Pre fungovanie PC je teda potrebná výmena informácií medzi OP a externými zariadeniami. Táto výmena sa nazýva vstup/výstup. Sú na to dva odkazy.

1. Pre každé externé zariadenie v PC existuje elektronický obvod, ktorý ho riadi. Tento obvod sa nazýva ovládač alebo adaptér.

2. Všetky radiče interagujú s MP a RAM prostredníctvom systémovej linky na prenos údajov, ktorá sa nazýva zbernica. Všetky komponenty PC sú pripojené na zbernicu pomocou systémových rozširujúcich konektorov - slotov.

1.5 Zásady pripojenia periférií

Všetky periférne zariadenia sú pripojené iba k systémovej jednotke. Pre fungovanie konkrétneho zariadenia ako súčasti konkrétnej PC zostavy musíte mať:

1. Ovládač (adaptér) - špeciálna doska, ktorá riadi činnosť konkrétneho periférneho zariadenia. Napríklad ovládač klávesnice, ovládač myši, adaptér monitora, porty atď.

2. Driver - špeciálny softvér, ktorý riadi činnosť konkrétneho periférneho zariadenia. Napríklad ovládač klávesnice, ovládač tlačiarne atď.

Rôzne zariadenia používajú rôzne spôsoby pripojenia k ovládačom:

Niektoré zariadenia (disketová mechanika, klávesnica atď.) sú pripojené k štandardným ovládačom, ktoré sú súčasťou počítača (integrované alebo zabudované do základnej dosky);

Niektoré zariadenia (zvukové karty, mnohé faxmodemy atď.) sú vyrobené ako elektronické dosky, to znamená, že sú namontované na rovnakej doske s ich ovládačom;

Niektoré zariadenia používajú nasledujúci spôsob pripojenia: elektronická doska (ovládač) je vložená do počítačovej systémovej jednotky, ktorá riadi činnosť zariadenia, a samotné zariadenie je pripojené k tejto doske pomocou kábla;

Dnes sa väčšina externých zariadení pripája k počítaču cez USB port.

Dosky radiča sa vkladajú do špeciálnych konektorov (slotov) na základnej doske počítača.

Pridaním a výmenou kariet radiča môže používateľ upraviť počítač, rozšíriť jeho možnosti a prispôsobiť ho svojim potrebám. Používateľ môže k počítaču pridať napríklad faxmodem, zvukovú kartu, televíznu prijímaciu kartu atď.

Jeden typ radiča, ktorý je prítomný takmer v každom počítači, je radič vstupno-výstupných portov. Tento ovládač je často integrovaný do základnej dosky. Radič vstupno-výstupných portov je pripojený pomocou káblov ku konektorom na zadnej strane počítača, cez ktoré sa k počítaču pripája tlačiareň, myš a niektoré ďalšie zariadenia.

Okrem radičov I/O portov systémová jednotka obsahuje konektory USB zbernice - univerzálna sériová zbernica, ku ktorej je možné pripojiť klávesnicu, myš, tlačiareň, modem, CD mechaniku, skener atď. na pripojenie zariadení k tejto zbernici. Funkciou zbernice USB je možnosť pripojiť k nej zariadenia počas spustenia počítača (bez jeho vypnutia).

Na rozdiel od vnútorných komponentov nemusíte pri inštalácii periférnych zariadení otvárať puzdro.

2. Modely na riešenie funkčných a výpočtových problémov. Klasifikácia typov modelovania. matematických modelov. informačné modely. Pojem algoritmu a jeho vlastnosti. Metódy opisu algoritmov. Základné algoritmické konštrukcie

2.1 Klasifikácia modelov. Matematické modely

V závislosti od charakteru skúmaných procesov v systéme a účelu modelovania existuje mnoho typov modelov a spôsobov ich klasifikácie, napríklad podľa účelu použitia, prítomnosti náhodných efektov, vzťahu k času, spôsobu ich klasifikácie. možnosť realizácie, rozsah a pod. (tabuľka).

Klasifikácia typov modelov

Spôsobom odrážania vlastností objektu (ak je to možné)	použitie	Dostupnosť dopady na systém	vzťah v tom čase	aplikácie
Skutočné (prirodzené, fyzické). Mentálne (vizuálne, symbolické, matematické). Informačné	Vedecký experiment. Komplexné testovanie a produkčný experiment. Optimalizačné modely	Deterministický. Stochastické	Statické. Dynamický (diskrétny, spojitý)	Univerzálny. Špecializovaný

Podľa spôsobu vyjadrenia vlastností objektu (ak je to možné) sa modely klasifikujú do predmet(skutočné, materiálne) a abstraktné(duševný, informačný - v širšom zmysle). V užšom zmysle sa informáciami označujú abstraktné modely, ktoré implementujú informačné procesy (vznik, prenos, spracovanie a použitie informácií) v počítači.

Predmetové modely sú reprezentované reálnymi objektmi, ktoré reprodukujú geometrické, fyzikálne a iné vlastnosti simulovaných systémov v hmotnej podobe (guľa, figurína, model, figurína, rám atď.).

Reálne modely sa delia na plnohodnotné (uskutočnenie štúdie na skutočnom objekte a následné spracovanie experimentálnych výsledkov pomocou teórie podobnosti) a fyzikálne (uskutočnenie štúdie na zariadeniach s procesmi podobnými tým, ktoré sú predmetom štúdie, ktoré zachovávajú charakter objektu). jav a majú fyzickú podobnosť).

Abstraktné modely umožňujú reprezentovať systémy, ktoré je ťažké alebo nemožné modelovať v skutočnosti, v figuratívnej alebo symbolickej forme. Figurálne alebo vizuálne modely (kresby, fotografie) sú vizuálne vizuálne obrazy upevnené na hmotnom nosiči informácie (papier, film).

Modely znakov alebo symbolov predstavujú hlavné vlastnosti a vzťahy modelovaného objektu pomocou rôznych jazykov (systémov znakov), napríklad geografických máp. Verbálne modely – textové – využívajú na opis objektov nástroje prirodzeného jazyka. Napríklad pravidlá premávky, pokyny pre zariadenie.

Matematické modely - široká trieda symbolických modelov, ktoré využívajú matematické metódy reprezentácie (vzorce, závislosti) a získavania študovaných charakteristík reálneho objektu.

Vymenujme niektoré typy matematických modelov:

popisný(popisné) - uveďte skutočný stav veci, bez možnosti ovplyvnenia simulovaného objektu.

Optimalizácia- umožňujú výber riadiacich parametrov. Hranie- študovať metódy rozhodovania v podmienkach neúplných informácií.

simulácia- napodobňovať skutočný proces.

Podľa účelu použitia sú modely zaradené do vedecký experiment, pri ktorej sa štúdium modelu uskutočňuje pomocou rôznych prostriedkov získavania údajov o objekte, možnosť ovplyvňovania priebehu procesu za účelom získania nových údajov o objekte alebo jave; komplexné testy a výrobný experiment pomocou testu fyzického objektu v plnom rozsahu na získanie vysokej spoľahlivosti jeho charakteristík; optimalizácia spojené s hľadaním optimálnych ukazovateľov systému (napríklad zistenie minimálnych nákladov alebo určenie maximálneho zisku).

Podľa prítomnosti náhodných vplyvov na systém sa modely delia na deterministický(v systémoch nie sú žiadne náhodné efekty) a stochastické(v systémoch sú pravdepodobnostné vplyvy). Rovnaké modely niektorí autori klasifikujú podľa metódy odhadu parametrov systému: v deterministických systémoch sú parametre modelu odhadované jedným ukazovateľom pre konkrétne hodnoty ich počiatočných údajov; v stochastických systémoch prítomnosť pravdepodobnostných charakteristík počiatočných údajov umožňuje hodnotiť parametre systému viacerými ukazovateľmi.

Vo vzťahu k času sa modely delia na statické, popisujúci systém v určitom časovom bode a dynamický berúc do úvahy správanie systému v čase. Dynamické modely sú zase rozdelené na diskrétne, v ktorom všetky udalosti prebiehajú v časových intervaloch, a nepretržitý kde všetky udalosti prebiehajú nepretržite v čase.

Podľa rozsahu použitia sa modely delia na univerzálny, určený na použitie v mnohých systémoch a špecializovaný vytvorený na štúdium konkrétneho systému.

2.2 Informačné modely

Informačné modely sú v mnohých prípadoch založené na matematických modeloch, keďže pri riešení úloh sa matematický model skúmaného objektu, procesu alebo javu nevyhnutne premení na informačný model pre jeho implementáciu v počítači. Definujme základné pojmy informačného modelu.

Informačný objekt je popis reálneho objektu, procesu alebo javu vo forme súboru jeho charakteristík (informačných prvkov), tzv podrobnosti. Formuje sa informačný objekt určitej štruktúry (majetkovej skladby). typ (trieda), ktorému je priradený jedinečný názov. Informačný objekt so špecifickými vlastnosťami je tzv príklad. Každá inštancia je identifikovaná úlohou kľúčový atribút (kľúč). Rovnaké detaily v rôznych informačných objektoch môžu byť kľúčové aj popisné. Informačný objekt môže mať viacero kľúčov.

2.3 Pojem algoritmu a jeho vlastnosti

„Algoritmus“ je základný základný koncept informatiky a algoritmizácia a programovanie je hlavnou časťou kurzu informatiky (jadrom kurzu). Pojem algoritmus, ako aj pojem informácie, je daný širokou škálou definícií – od „naivne-intuitívnych“ („algoritmus je plán na riešenie problému“) až po „prísne formalizované“ (normálny Markov). algoritmy). Koncept algoritmu, ktorý je základom matematiky a informatiky, vznikol dávno pred príchodom výpočtovej techniky.

Pojem „algoritmus (algoritmus)“ sa objavil v stredoveku, keď sa Európania zoznámili so spôsobmi vykonávania aritmetických operácií v desiatkovej číselnej sústave podľa knihy uzbeckého matematika Abu Jafara Muhammada ibn Musa al-Khwarizmi (783-850). ) „Aritmetika s hinduistickými číslicami“, ktorá získala všeobecnú slávu. Slovo „algoritmus“ je výsledkom európskej výslovnosti slov „al-Khorezmi“ („al-Khwarizmi“ je osoba z mesta Khorezmi; v súčasnosti je to mesto Khiva v regióne Khorezm v Uzbekistane).

Neexistuje jediná definícia pojmu algoritmus. Spočiatku bol algoritmus chápaný ako spôsob vykonávania aritmetických operácií s desatinnými číslami. V budúcnosti bol algoritmus nazývaný presným predpisom, ktorý určuje postup na získanie požadovaného výsledku z počiatočných údajov v konečnom počte krokov.

Algoritmus (podľa D. E. Knutha) je konečný súbor pravidiel, ktorý určuje postupnosť operácií na riešenie konkrétneho súboru problémov a má päť dôležitých vlastností: konečnosť, určitosť, vstup, výstup, efektívnosť.

Algoritmus (podľa A. N. Kolmogorova) je systém výpočtov vykonávaných podľa striktne definovaných pravidiel, ktorý po určitom počte krokov vedie k riešeniu problému.

Algoritmus (podľa A. A. Markova) je presný predpis, ktorý definuje výpočtový proces, ktorý prechádza od variabilných vstupných údajov k požadovanému výsledku.

Algoritmus môže byť navrhnutý tak, aby ho vykonával človek alebo automatizované zariadenie.

Vo vzťahu k počítaču algoritmus definuje výpočtový proces, ktorý začína spracovaním určitého súboru možných počiatočných údajov a je zameraný na získanie výsledkov určených týmito počiatočnými údajmi. Pojem „výpočtový proces“ sa rozširuje aj na spracovanie iných typov informácií, ako sú symbolické, grafické alebo zvukové.

Algoritmus musí mať nasledujúce vlastnosti:

? diskrétnosť;

? masový charakter;

? istota;

? výkon;

? formalita.

diskrétnosť (diskontinuita, oddelenosť). Každý algoritmus pozostáva zo samostatných dokončených akcií, t.j. rozdelené na kroky.

masový charakter - použiteľnosť algoritmu na všetky problémy určitej triedy, ktoré sa líšia iba počiatočnými údajmi. V tomto prípade je možné počiatočné údaje vybrať z určitej oblasti, ktorá sa nazýva oblasť použiteľnosti algoritmu.

Istota(určitosť, presnosť) - vlastnosť algoritmu, ktorá naznačuje, že každý krok algoritmu musí byť striktne definovaný a nesmie pripúšťať svojvôľu pri interpretácii. Presne musí byť definované aj poradie, v akom sa majú jednotlivé kroky vykonávať. Vďaka tejto vlastnosti poskytuje opakované vykonávanie algoritmu s rovnakými počiatočnými údajmi rovnaký výsledok.

Efektívnosť(finiteness) - vlastnosť, že každý algoritmus musí viesť k správnemu riešeniu problému v konečnom (možno veľmi veľkom) počte krokov, alebo dať signál, že tento algoritmus nie je použiteľný na vyriešenie problému.

Formálnosť - táto vlastnosť naznačuje, že každý interpret, ktorý nie je oboznámený s obsahom algoritmu, ale je schopný vnímať a vykonávať pokyny algoritmu, koná formálne, t.j. odvádzaním pozornosti od obsahu úlohy a iba dôsledným dodržiavaním pokynov dosiahne požadovaný výsledok. Vývojár algoritmu by mal premýšľať o tom, aké akcie a v akom poradí by sa mali vykonať, a umelec formálne (bez premýšľania, mechanicky) vykoná navrhované príkazy a získa potrebný výsledok.

2.4 Spôsoby opisu algoritmov

V súčasnosti sa používajú tieto metódy popisu algoritmov:

Slovný opis algoritmu;

Pseudokód;

tabuľkový spôsob;

Programovacie jazyky (program);

Grafická metóda (bloková schéma).

Slovný opis algoritmu predstavuje štruktúru algoritmu a obsah akcií vykonávaných pomocou prirodzeného jazyka. Výhody tejto metódy: všeobecná dostupnosť, možnosť popísať algoritmus s akoukoľvek mierou detailov. Nevýhodou tejto metódy je výrečnosť, nízka viditeľnosť, ťažkopádnosť, možná nejednoznačnosť výkladu.

Pseudokód- popis štruktúry algoritmu v prirodzenom, čiastočne formalizovanom jazyku, ktorý umožňuje identifikovať hlavné fázy riešenia problému pred jeho presným zaznamenaním v programovacom jazyku. Pseudokód používa niektoré formálne konštrukcie a bežnú matematickú symboliku. Neexistujú žiadne prísne pravidlá syntaxe pre písanie pseudokódu. To uľahčuje písanie algoritmu počas návrhu a umožňuje vám opísať algoritmus pomocou ľubovoľnej sady príkazov. Pseudokód však zvyčajne používa niektoré konštrukcie obsiahnuté vo formálnych jazykoch, čo uľahčuje prechod z pseudokódu na písanie algoritmu v programovacom jazyku. Neexistuje žiadna jednotná alebo formálna definícia pseudokódu, takže sú možné rôzne pseudokódy, ktoré sa líšia množinou slov a použitých konštrukcií.

Grafický spôsob znázornenia algoritmov (Bloková schéma)- má množstvo výhod vďaka vizualizácii a explicitnému zobrazeniu procesu riešenia problému. Algoritmy reprezentované grafickými prostriedkami sú tzv vizuálne algoritmy.

Pri navrhovaní vizuálnych algoritmov sa používajú špeciálne grafické symboly.Výsledkom algoritmizácie riešenia problému je bloková schéma algoritmu pozostávajúca z určitej postupnosti grafických blokov spojených riadiacimi čiarami (smermi toku) so šípkami. Bloky zaznamenávajú postupnosť akcií. Bloky je možné očíslovať. Radové čísla sú umiestnené v ľavej hornej časti symbolov. V rámci rovnakej schémy sa odporúča zobraziť bloky rovnakej veľkosti. Na vizuálnu reprezentáciu algoritmov sa zvyčajne používajú symboly v súlade s GOST 19.701-90 „Jednotný systém programovej dokumentácie. Schémy algoritmov, programov, dát a systémov. Konvencie a pravidlá vykonávania»

Všeobecné pravidlá pre návrh obvodov sú nasledovné:

1. Každá schéma musí začínať a končiť symbolmi označujúcimi začiatok a koniec algoritmu. Algoritmus musí mať iba jeden počiatočný znak a jeden koncový znak.

2. Na začiatku algoritmu musia byť znaky na zadávanie hodnôt vstupných údajov.

3. Po zadaní hodnôt vstupných údajov môžu nasledovať symboly spracovania a symboly podmienok.

4. Na konci algoritmu by mali byť symboly pre výstup hodnôt výstupných údajov.

Popisy algoritmu vo verbálnej forme, v pseudokóde alebo vo forme blokového diagramu umožňujú určitú svojvoľnosť pri zobrazovaní príkazov. Každá z týchto foriem zároveň umožňuje človeku pochopiť podstatu veci a vykonať algoritmus. V praxi počítače fungujú ako vykonávatelia algoritmov. Preto musí byť algoritmus určený na vykonávanie na počítači napísaný v jazyku, ktorý je preň „zrozumiteľný“, takýto formalizovaný jazyk sa nazýva jazyk programovanie. Algoritmus napísaný v programovacom jazyku sa nazýva program. V tomto prípade je algoritmus reprezentovaný ako postupnosť jazykových operátorov programovanie.

2.5 Základné riadiace štruktúry algoritmov (základné algoritmické konštrukcie)

Metóda štrukturálnej algoritmizácie. Táto metóda je založená na vizuálnej reprezentácii algoritmu ako postupnosti riadiacich štruktúrnych prvkov? riadiacich štruktúr. Princíp štrukturálnej algoritmizácie vec je Logická štruktúra akéhokoľvek programu môže byť vyjadrená ako kombinácia nasledujúcich základných štruktúr:

1) Zloženie (nasledujúce);

2) Alternatíva (vetvenie);

3) Iterácia (cyklus).

Štrukturálny blokový diagram ? zloženie zo základných algoritmických štruktúr.

alternatíva, alebo vetvenia je konštrukcia vetvy, ktorá má predikátový vrchol.

iterácia, alebo cyklov je cyklická konštrukcia algoritmu pozostávajúca z kompozície a alternatívy.

Algoritmická štruktúra (základná riadiaca štruktúra) "Iterácia alebo cyklus" môže byť reprezentovaný v dvoch formách: s predbežnou podmienkou a následnou podmienkou.

ALEAlgoritmy lineárnej štruktúry-lineárne algoritmy zahŕňajú postupné vykonávanie akcií v poradí danom schémou bez ich opakovania alebo preskakovania niektorých akcií. Algoritmus lineárnej štruktúry je reprezentovaný lineárnou sekvenciou blokov navzájom spojených. Toto poradie akcií sa nazýva prirodzené. Preto v schémach algoritmov lineárnej štruktúry nie je blok "Rozhodnutie".

Algoritmy vetviacej štruktúry - Na rozdiel od lineárne algoritmy, v ktorých sa príkazy vykonávajú postupne jeden po druhom, v vetvenia Algoritmy zahŕňajú podmienku, v závislosti od ktorej splnenia alebo nesplnenia sa vykonáva jedna alebo druhá postupnosť operácií, skupiny operácií alebo základná riadiaca štruktúra. Každá takáto postupnosť akcií sa nazýva pobočka algoritmu.

Algoritmus štruktúry vetvenia teda obsahuje iba štruktúry "Nasledujúce" a "Vetvenie"

Cyklické algoritmyŠtruktúry sú najbežnejším typom algoritmov. V algoritmoch cyklickej štruktúry sa v závislosti od splnenia alebo nesplnenia akejkoľvek podmienky vykonáva opakujúca sa sekvencia akcií, tzv. telesný cyklusla.

Praktická časť

Cvičenie 1

Prevod čísla z jedného číselného systému do druhého:

462 > Roman s. sch.

Riešenie: 462=400+60+2=(D-C)+(L+X)+(I+I)=CDLXII

Odpoveď: CDLXII

Úloha 2

Vytvorte pravdivostné tabuľky logických výrazov:

Riešenie:

1. Táto funkcia má dve logické premenné: ¬A, B

2. Riadky v tabuľke: 2 2 =4+1=5

3. Usporiadajte poradie akcií: 1) ¬A; 2) ¬B: 3) (¬A / \ B); 4) (A/\¬B);

5) (¬A / \ B) \ / (A / \ ¬ B)

						(¬A /\ B) \/(A/\¬B)

Úloha 3

Diagram zobrazuje cesty medzi sídlami A, B, C, D, E, F a dĺžku ciest. (Neprítomnosť čísla v tabuľke znamená, že medzi bodmi nevedie priama cesta). Určte dĺžku najkratšej cesty medzi bodmi A a F (za predpokladu, že sa môžete pohybovať len po cestách vyznačených na diagrame).

Úloha 4

Tabuľka zobrazuje dopyty na vyhľadávací server. Usporiadajte označenia dopytov vo vzostupnom poradí podľa počtu stránok, ktoré vyhľadávací nástroj nájde pre každý dopyt.

Na označenie logickej operácie "ALEBO" v dotaze sa používa symbol "|" a pre logickú operáciu "AND" - "&". Zadajte minimálny počet stránok (v tisícoch) nájdených dopytom.

Odpoveď: C; B: A; D, počet strán je 99 tisíc.

Úloha 5

Vypočítajte výstup nasledujúceho programu. Text programu je uvedený v troch programovacích jazykoch

Úloha 6

Tabuľka Dat ukladá kladné alebo záporné celé čísla. Určite, čo sa vytlačí ako výsledok nasledujúceho algoritmu napísaného v troch jazykoch.

Literatúra

1. Informatika: Učebnica. / B.V. Sobol, A.B. Galin, Yu.V. Panov a ďalší - 5. vyd. - Rostov n / a: Phoenix, 2010. - 446 s.

2. Informatika. Základný kurz: učebnica. príspevky pre vysoké školy / vyd. S. V. Simonovič. - 3. vyd. - Petrohrad: Piter, 2013. - 638 s.

Hostené na Allbest.ru

...

Podobné dokumenty

Zloženie a zdôvodnenie výberu komponentov osobného počítača (procesor, základná doska, komponenty a periférie), požiadavky na ne a vlastnosti. Bloková schéma počítača, jeho softvér a kalkulácia nákladov.

kontrolné práce, doplnené 12.02.2015


Rozloženie častí počítača a vzťah medzi nimi. Koncept architektúry osobného počítača, von Neumannove princípy. Účel, funkcie základných softvérových nástrojov, spustiteľný program. Druhy, účel, funkcie, špecifiká periférnych zariadení.

test, pridané 23.09.2009


Konfigurácia osobného počítača pre Ozbrojené sily Ruskej federácie a zdôvodnenie výberu komponentov preň. Analýza charakteristík komponentov: procesor, základná doska, grafická karta, pevný disk a periférne zariadenia.

ročníková práca, pridaná 16.07.2013


Pojem architektúry osobného počítača, rozmiestnenie častí počítača a vzťah medzi nimi. Komponenty systémovej jednotky PC. Funkcie CPU, základnej dosky, RAM, grafickej karty a pevného disku.

abstrakt, pridaný 28.01.2014


Architektúra osobného počítača, funkčné a technické vlastnosti jeho zariadení. Komponenty základnej dosky, štruktúra procesora, typy pamätí. Princípy spracovateľa a prístupu k údajom. Spôsoby vývoja osobného počítača.

ročníková práca, pridaná 2.11.2011


Architektúra moderného osobného počítača. Typy a charakteristiky centrálnych a externých zariadení počítača. Štrukturálne a funkčné schémy osobného počítača. Zariadenia na zadávanie informácií do systémovej jednotky a na zobrazovanie informácií.

ročníková práca, pridaná 18.01.2012


Štruktúra osobného počítača. Všeobecné informácie o počítačových perifériách. Práca s diskovými jednotkami na ukladanie informácií na diskety a pevné magnetické disky. Zariadenia na čítanie diskov CD. Dizajn myši.

abstrakt, pridaný 01.10.2016


Podstata globálnej informatizácie a jej prevalencia v súčasnej fáze. Hlavné charakteristiky osobného počítača a požiadavky naň, hlavné kritériá výberu a hodnotenie sortimentu. Postup pri výbere konfigurácie osobného počítača.

abstrakt, pridaný 31.10.2010


Typy chladiacich systémov (CO) pre osobný počítač (PC). Hlavné charakteristiky štandardných RM, opatrenia na predchádzanie poruchám. Organizácia prúdenia vzduchu v PC skrinke. Preskúmanie a testovanie CO pre procesor, hlavné metódy testovania.

semestrálna práca, pridaná 19.06.2011


Schematický diagram zariadenia moderného osobného počítača. Stručný popis hlavných komponentov PC: procesor, moduly operačnej (internej) a dlhodobej (externej) pamäte, vstupné a výstupné zariadenia pre užívateľa.

Úvod

Jedným z najdôležitejších faktorov vedecko-technického pokroku je rozšírená automatizácia a informatizácia výroby. Takmer každý podnik alebo inštitúcia obsluhuje počítačové centrum.

V tomto smere je veľmi dôležité správne si vybrať pri kúpe osobného počítača (PC). Rozumný výber PC je jedným z problémov všetkých používateľov počítačov. Existuje niekoľko spôsobov, ako to vyriešiť:

príťažlivosť nezávislých odborníkov - odborníkov;

využívanie vlastných vedomostí, nadobudnutých skúseností, intuície;

účtovanie informácií získaných v literatúre vedeckého a reklamného charakteru.

Preto bola ako teoretická časť tejto kurzovej práce zvolená podľa môjho názoru veľmi aktuálna téma "Funkčná a štrukturálna organizácia počítača".

Teoretická časť tejto práce pozostáva z nasledujúcich bodov:

1. Úvod; 2. Štrukturálna organizácia PC; 3.Funkčná organizácia PC; 4. Záver.

V praktickej časti práce sa treba pri príprave správy o realizácii riešenia ekonomického problému na PC riadiť nasledovným plánom: 1. Všeobecná charakteristika problému; 2. Výber aplikačného softvérového balíka (APP); 3. Návrh výstupných dátových formulárov a grafického znázornenia dát pre zvolenú úlohu; 4. Výsledky vykonania testovacieho prípadu; 5. Používateľská príručka.

Na vykonanie a návrh práce boli použité nasledovné softvérové ​​programy: Microsoft Word, Access, Excel.

Táto práca bola vykonaná na PC s mikroprocesorom AMD Athlon XP 1500+ a 512 MB DDR RAM.

Teoretická časť

Štrukturálna organizácia PC

Osobný počítač obsahuje veľa elektronických prvkov, ktoré sú spojené do väčších komponentov – modulov, uzlov, obvodov, obvodov, blokov atď. Ak sa odstráni aspoň jeden z týchto rôznych elektronických komponentov, potom prestane fungovať celý informačný počítačový systém.

PC je univerzálny mikroprocesorový systém, ktorý je možné použiť ako v samostatnom režime, tak aj v sieťach a spĺňa požiadavky na univerzálne použitie.

Existuje veľké množstvo modelov PC. Sú rozdelené do 2 skupín:

a) počítače IBM – kompatibilné;

b) Počítače Apple.

Srdcom počítača je mikroprocesor (MP) - centrálna jednotka počítača, určená na riadenie činnosti všetkých ostatných blokov stroja a na vykonávanie aritmetických a logických operácií s údajmi. MP je funkčne kompletné programom riadené zariadenie na spracovanie informácií. Vyrába sa vo forme jedného alebo viacerých veľkých alebo ultraveľkých integrovaných obvodov. MP zahŕňa:

riadiace zariadenie - riadi činnosť všetkých jednotiek stroja;

aritmeticko-logická jednotka - všetky aritmetické a logické operácie sa vykonávajú s údajmi;

mikroprocesorová pamäť - určená na krátkodobé ukladanie, zaznamenávanie a výstup informácií, ktoré sa priamo využívajú pri výpočtoch v ďalších cykloch stroja;

systém mikroprocesorového rozhrania - zabezpečuje spojenie a komunikáciu s inými počítačovými zariadeniami. Rozhranie - súbor prostriedkov pripojenia a komunikácie počítačových zariadení, zabezpečujúcich ich efektívnu interakciu.

Zvážte zariadenie počítača pomocou príkladu najbežnejšieho počítačového systému - osobného počítača. Osobný počítač (PC) je relatívne lacný univerzálny mikropočítač určený pre jedného používateľa. Osobné počítače sú zvyčajne navrhnuté na základe princípu otvorenej architektúry.

Princíp otvorenej architektúry je nasledovný:

· Regulovaný a štandardizovaný je len popis princípu fungovania počítača a jeho konfigurácie (určitá množina hardvéru a prepojenia medzi nimi). Počítač tak možno poskladať z jednotlivých komponentov a dielov navrhnutých a vyrobených nezávislými výrobcami.

· Počítač je možné jednoducho rozšíriť a upgradovať pomocou interných rozširujúcich slotov, do ktorých môže používateľ vložiť rôzne zariadenia, ktoré spĺňajú zadaný štandard, a nakonfigurovať si tak svoj stroj podľa svojich osobných preferencií.

Zjednodušená bloková schéma zobrazujúca hlavné funkčné komponenty počítačového systému v ich vzťahu (obrázok 8.6).

Obrázok 9.6 - Všeobecná štruktúra osobného počítača s pripojenými perifériami

Obrázok 9.7 - Bloková schéma osobného počítača

Poďme analyzovať funkčný účel hlavných komponentov.

Mikroprocesor (poslanec). Toto je centrálna jednotka PC, určená na riadenie prevádzky všetkých jednotiek stroja a na vykonávanie aritmetických a logických operácií s informáciami.

Mikroprocesor obsahuje:

· ovládacie zariadenie(CU) - generuje a dodáva určité riadiace signály (riadiace impulzy) do všetkých blokov stroja v správnom čase; riadiace zariadenie prijíma sekvenciu referenčných impulzov z generátora hodinových impulzov;

· aritmeticko logická jednotka(ALU) - určený na vykonávanie všetkých aritmetických a logických operácií s numerickými a symbolickými informáciami (v niektorých modeloch PC je k ALU pripojený ďalší matematický koprocesor na urýchlenie vykonávania operácií);

· pamäť mikroprocesora(MPP) - slúži ako deň krátkodobého uchovávania, zaznamenávania a vydávania informácií priamo použitých pri výpočtoch v ďalších cykloch stroja. (MPP je postavený na registroch a používa sa na zabezpečenie vysokej rýchlosti stroja, pretože hlavná pamäť (OP) nie vždy poskytuje rýchlosť zápisu, vyhľadávania a čítania informácií, ktoré sú potrebné pre efektívnu prevádzku vysokorýchlostného mikroprocesora.)

systém rozhrania mikroprocesora- implementuje párovanie a komunikáciu s inými PC zariadeniami; obsahuje interné MP rozhranie, vyrovnávacie pamäťové registre a riadiace obvody pre vstupno-výstupné porty (IOP) a systémovú zbernicu. Rozhranie- je to prostriedok na prepojenie dvoch zariadení, v ktorom sú všetky fyzické a logické parametre navzájom konzistentné. Ak je rozhranie všeobecne akceptované, napríklad schválené na úrovni medzinárodných zmlúv, potom sa nazýva štandardné.

Generátor hodín . Generuje sekvenciu elektrických impulzov; frekvencia generovaných impulzov určuje hodinovú frekvenciu stroja, ktorá je jednou z hlavných charakteristík osobného počítača, a do značnej miery určuje rýchlosť jeho prevádzky, pretože každá operácia v stroji sa vykonáva v určitom počte cyklov:

Systémová zbernica . Toto je hlavný systém rozhrania počítača, ktorý zabezpečuje párovanie a komunikáciu všetkých jeho zariadení medzi sebou. Systémová zbernica obsahuje:

1. kódová dátová zbernica (KShD);

2. adresová kódová zbernica (KShA);

3. zbernica inštrukčného kódu (KSI);

4. elektrická koľajnica

Systémová zbernica poskytuje tri smery prenosu informácií:

Medzi mikroprocesorom a hlavnou pamäťou;

medzi mikroprocesorom a vstupno-výstupnými portami externých zariadení;

· medzi hlavnou pamäťou a I/O portami externých zariadení (v režime priameho prístupu do pamäte).

Hlavná pamäť (OP). Je určený na ukladanie a rýchlu výmenu informácií s inými jednotkami stroja. OP obsahuje dva typy pamäťových zariadení: pamäť iba na čítanie (ROM) a pamäť s náhodným prístupom (RAM).

ROM slúži na uloženie nemenného (trvalého) programu a referenčného formátu, umožňuje rýchlo iba prečítať informácie v ňom uložené (nie je možné zmeniť informácie v ROM).

RAM je určený na operatívne zaznamenávanie, uchovávanie a čítanie informácií (programov a dát) priamo zapojených do informačno-výpočtového procesu vykonávaného PC v aktuálnom časovom úseku.

Externá pamäť . Vzťahuje sa na externé PC zariadenia a slúži na dlhodobé ukladanie akýchkoľvek informácií. Najmä všetok počítačový softvér je uložený v externej pamäti. Externá pamäť obsahuje rôzne typy úložných zariadení, najčastejšie sú to pevné disky (HDD) a disketové mechaniky (FPHD).

Účelom týchto jednotiek je ukladať veľké množstvo informácií

Zdroj energie . Jedná sa o blok obsahujúci autonómne a sieťové napájacie systémy pre PC.

Časovač . Ide o zabudované elektronické hodiny, ktoré v prípade potreby umožňujú automatické odstránenie aktuálneho času (rok, mesiac, hodiny, minúty, sekundy a zlomky sekúnd). Časovač je pripojený k autonómnemu zdroju energie - batérii a pokračuje v práci, keď je stroj odpojený od siete.

Externé zariadenia (VU). Podľa účelu možno rozlíšiť tieto typy JV:

externé pamäťové zariadenia (VZU) alebo externá pamäť PC;

interaktívne nástroje používateľa;

vstupné zariadenia;

zariadenia na výstup informácií;

komunikačných a telekomunikačných prostriedkov.

Medzi interaktívne používateľské nástroje patria video monitory (displeje), menej často konzolové písacie stroje (tlačiarne s klávesnicami) a zariadenia na hlasový vstup-výstup informácií.

Vstupné zariadenia zahŕňajú:

· klávesnica

Grafické tablety (digitizéry) - na manuálne zadávanie grafických informácií, obrázkov pohybom špeciálneho ukazovateľa (pera) po tablete; pri pohybe pera sa automaticky načítajú súradnice jeho polohy a tieto súradnice sa zadajú do PC;

Skenery

Manipulátory (ukazovacie zariadenia): joystick - páka, myš, trackball - gulička v ráme, svetelné pero a pod. - na zadávanie grafických informácií na obrazovke ovládaním pohybu kurzora po obrazovke s následným zakódovaním súradníc kurzor a ich zadávanie do počítača;

dotykové obrazovky - na zadávanie jednotlivých prvkov obrazu, programov alebo príkazov zo zobrazenia rozdelenej obrazovky v PC.

Výstupné zariadenia zahŕňajú:

tlačiarní

Grafové plotre (plotre)

Na koordináciu rozhraní sa periférne zariadenia pripájajú na zbernicu nie priamo, ale prostredníctvom ich ovládačov (adaptérov) a portov približne podľa nasledujúcej schémy (obrázok 8.8).

Obrázok 9.8 - Schéma pripojenia periférnych zariadení

Ovládače a adaptéry sú súbory elektronických obvodov, ktoré sa dodávajú s počítačovými zariadeniami za účelom kompatibility ich rozhraní. Ovládače okrem toho vykonávajú priame ovládanie periférnych zariadení na žiadosť mikroprocesora.

Porty zariadenia sú niektoré elektronické obvody obsahujúce jeden alebo viacero I/O registrov a umožňujúce pripojenie počítačových periférií na externé zbernice mikroprocesora. Porty sa tiež nazývajú štandardné zariadenia rozhrania: sériové, paralelné a herné porty (alebo rozhrania).

Sériový port komunikuje s procesorom bajt po byte as externými zariadeniami - bit po bite. Paralelný port prijíma a odosiela dáta bajt po bajte. Sériový port sa zvyčajne používa na pripojenie pomalých alebo pomerne vzdialených zariadení, ako je myš a modem. K paralelnému portu je pripojených viac „rýchlych“ zariadení – tlačiareň a skener. Cez herný port je pripojený joystick. Klávesnica a monitor sú pripojené k ich špecializovaným portom, čo sú len konektory.

Dodatočné schémy . Spolu s typickými externými zariadeniami možno k systémovej zbernici a k ​​MP PC pripojiť aj niektoré prídavné dosky s integrovanými obvodmi, ktoré rozširujú a zlepšujú funkčnosť mikroprocesora: matematický koprocesor, radič priameho prístupu do pamäte, vstupno-výstupný koprocesor , ovládač prerušení atď.