Память эвм и ее характеристики и назначение. Пзу, озу, взу. Организация и физическое представление данных в эвм.
Постоянное и оперативное ЗУ.
ЗУ
в ЭВМ состоят из последовательности
ячеек, каждая из которых содержит
значение 1-ого байта и имеет собственный
номер (адрес), по которому происходит
обращение к ее содержимому. Все данные
в ЭВМ хранятся в двоичном виде (0,1).
ЗУ
характеризуется 2-мя параметрами:
Объем
памяти — размер в байтах, доступных для
хранения информации
Время
Доступа к ячейкам памяти — средний
временной интервал в течении кот.
находится требуемая ячейка памяти и из
нее извлекаются данные.
Оперативное
запоминающее устройство (ОЗУ; RAM
– Random
Access
Memory)
предназначено для оперативной записи,
хранения и чтения информации (программ
и данных), непосредственно участвующей
в информационно-вычислительном процессе,
выполняемом ЭВМ в текущий период времени.
После выключения питания ЭВМ, информация
в ОЗУ уничтожается. (В ЭВМ на базе
процессоров Intel Pentium
используется 32-разрядная адресация.
Т.е число адресов 2 32 ,
то есть возможное адресное пространство
составляет 4,3 Гбайт. время доступа
0,005-0,02 мкс. 1 с = 10 6 мкс.
Постоянное
запоминающее устройство (ПЗУ; ROM
– Read
Only
Memory)
хранит неизменяемую (постоянную)
информацию: программы, выполняемые во
время загрузки системы, и постоянные
параметры ЭВМ. В момент включения ЭВМ
в его ОЗУ отсутствуют данные, так как
ОЗУ не сохраняет данные после выключения
ЭВМ. Но МП необходимы команды, в том
числе и сразу после включения. Поэтому
МП обращается по специальному стартовому
адресу, который ему всегда известен, за
своей первой командой. Этот адрес из
ПЗУ. Основное назначение программ из
ПЗУ состоит в том, чтобы проверить состав
и работоспособность системы и обеспечить
взаимодействие с клавиатурой, монитором,
жесткими и гибкими дисками. Обычно
изменить информацию ПЗУ нельзя. Объем
ПЗУ 128-256 Кбайт, время доступа
0,035-0,1 мкс. Так как объем ПЗУ небольшой,
но время доступа больше, чем у ОЗУ, при
запуске все содержимое ПЗУ считывается
в специально выделенную область ОЗУ.
Энергонезависимая
память CMOS
RAM
(Complementary
Metal-Oxide
Semiconductor
RAM),
в которой хранятся данные об аппаратной
конфигурации ЭВМ: о подключенных к ЭВМ
устройствах и их параметры, параметры
загрузки, пароль на вход в систему,
текущее время и дата. Питание памяти
CMOS
RAM
осуществляется от батарейки. Если заряд
батарейки заканчивается, то настройки,
хранящиеся в памяти CMOS
RAM,
сбрасываются, и ЭВМ использует настройки
по умолчанию.
ПЗУ
и память CMOS
RAM
составляют базовую систему ввода-вывода
(BIOS
– Basic
Input-Output
System).
Внешние
ЗУ. ВЗУ для долговременного хранения и
транспортировки информации. ВЗУ
взаимодействуют с сист. шиной через
контроллеры ВЗУ (КВЗУ). КВЗУ обеспечивают
интерфейс ВЗУ и сист. шины в режиме
прямого доступа к памяти, т.е. без участия
МП. ИНТЕРФЕЙС — это совокупность связей
с унифицированными сигналами и аппаратуры,
предназначенной для обмена данными
между устройствами вычислительной
системы.
ВЗУ
можно разделить по критерию транспортировки
на ПЕРЕНОСНЫЕ и СТАЦИОНАРНЫЕ. Переносные
ВЗУ состоят из носителя, подключ-ого к
порту вв/вывода (обычно ЮСБ), (флеш-память)
или носителя и привода (накопители на
ГМД, приводы СиДи и ДВД). В стационарных
ВЗУ носитель и привод объединены в
единое устройство (НЖМД). Стационарные
ВЗУ предназначены для хранения информации
внутри ЭВМ.
Перед
первым использованием или в случае
сбоев ВЗУ необходимо ОТФОРМАТИРОВАТь
— записать на носитель служебную
информацию.
Основные
Технические Характеристики ВЗУ
Информационная
емкость определяет наибольшее кол-во
ед. данных, кот может одновременно
хранить в ВЗУ (зависит от площади объема
носителя и плотности записи.)
Плотность
записи — число бит информации, записанных
на единице поверхности носителя.
Различают продольную плотность (бит/мм),
и поперечную плотность.//
Время
доступа — интервал времени от момента
запроса (чтения или записи) до момента
выдачи блока (включая время поиска
инфции на носителе и время чтения или
записи.)
Скорость
передачи данных определяет кол-во
данных, считываемых или записываемых
в единицу времени и зависит от скорости
движения носителя, плотности записи,
числа каналов и тп.
| » |
Классификация системных шин
Системные шины являются важной частью компьютерных систем, обеспечивая передачу данных между различными компонентами. В зависимости от способа организации и характеристик передачи данных, системные шины могут быть классифицированы следующим образом:
1. Внутренние шины
Внутренние шины обеспечивают связь между различными компонентами внутри компьютера. Они используются для передачи данных между процессором, памятью, периферийными устройствами и другими внутренними компонентами. Внутренние шины могут быть разделены на несколько типов, включая шину данных, шину адреса и шину управления.
2. Внешние шины
Внешние шины обеспечивают связь между компьютером и внешними устройствами, такими как мониторы, принтеры, клавиатуры и мыши. Они используются для передачи данных и управляющих сигналов между компьютером и внешними устройствами. Внешние шины могут быть разделены на различные виды, включая шину USB, шину FireWire и шину HDMI.
3. Шины данных
Шины данных используются для передачи информации и данных между различными компонентами компьютерной системы. Они могут быть однонаправленными или двунаправленными, и обычно имеют определенную пропускную способность и ширину данных. Шины данных могут быть различных типов, включая параллельные и последовательные шины.
4. Шины адреса
Шины адреса используются для передачи адресной информации, указывающей на местонахождение данных или команд. Они позволяют компонентам системы обмениваться адресной информацией, необходимой для доступа к определенным областям памяти или устройствам. Шины адреса обычно имеют ограниченную ширину и могут быть разделены на адресные и адресно-данные шины.
5. Шины управления
Шины управления используются для передачи управляющих сигналов и команд между компонентами системы. Они обеспечивают механизм для синхронизации и координации работы компонентов, а также для передачи сигналов об ошибках, прерываниях и других системных событиях. Шины управления могут включать сигналы такие как сигнал чтения/записи, сигналы прерывания и сигналы синхронизации.
6. Шины с поддержкой попарного соединения
Некоторые системные шины поддерживают попарное соединение, позволяющее одной устройству быть подключенным к другому напрямую. Это позволяет передачу данных между устройствами без необходимости воздействия на другие компоненты системы. Примером шины с поддержкой попарного соединения являются шины PCI Express и Thunderbolt.
7. Шины с топологией
Некоторые системные шины могут иметь фиксированную топологию, определяющую структуру и подключение компонентов. Например, шина ISA (Industry Standard Architecture) имела последовательную топологию, в которой все компоненты были подключены к одному центральному проводнику. Другие шины, например, шина PCI (Peripheral Component Interconnect), имеют параллельную топологию, в которой каждое устройство имеет собственное подключение к центральному проводнику.
Системная шина – что это?
Здравствуйте, уважаемые читатели блога Pc-information-guide.ru. Очень часто на просторах интернета можно встретить много всякой компьютерной терминологии, в частности — такое понятие, как «Системная шина». Но мало кто знает, что именно означает этот компьютерный термин. Думаю, сегодняшняя статья поможет внести ясность.
Системная шина (магистраль) включает в себя шину данных, адреса и управления. По каждой их них передается своя информация: по шине данных — данные, адреса — соответственно, адрес (устройств и ячеек памяти), управления — управляющие сигналы для устройств. Но мы сейчас не будем углубляться в дебри теории организации архитектуры компьютера, оставим это студентам ВУЗов. Физически магистраль представлена в виде многочисленных дорожек (контактов) на материнской плате.
Я не случайно на фотографии к этой статье указал на надпись «FSB». Дело в том, что за соединение процессора с чипсетом отвечает как раз шина FSB, которая расшифровывается как «Front-side bus» — то есть «передняя» или «системная». И , на который обычно ориентируются при разгоне процессора, например.
Существует несколько разновидностей шины FSB, например, на материнских платах с процессорами Intel шина FSB обычно имеет разновидность QPB, в которой данные передаются 4 раза за один такт. Если речь идет о процессорах AMD, то там данные передаются 2 раза за такт, а разновидность шины имеет название EV6. А в последних моделях CPU AMD, так и вовсе — нет FSB, ее роль выполняет новейшая HyperTransport.
Итак, между чипсетом и центральным процессором данные передаются с частотой, превышающей частоту шины FSB в 4 раза. Почему только в 4 раза, см. абзац выше. Получается, если на коробке указано 1600 МГц (эффективная частота), в реальности частота будет составлять 400 МГц (фактическая)
В дальнейшем, когда речь пойдет о разгоне процессора (в следующих статьях), вы узнаете, почему необходимо обращать внимание на этот параметр. А пока просто запомните, чем больше значение частоты, тем лучше
Кстати, надпись «O.C.» означает, буквально «разгон», это сокращение от англ. Overclock, то есть это предельно возможная частота системной шины, которую поддерживает материнская плата. Системная шина может спокойно функционировать и на частоте, существенно ниже той, что указана на упаковке, но никак не выше нее.
Вторым параметром, характеризующим системную шину, является . Это то количество информации (данных), которая она может пропустить через себя за одну секунду. Она измеряется в Бит/с. Пропускную способность можно самостоятельно рассчитать по очень простой формуле: частоту шины (FSB) * разрядность шины. Про первый множитель вы уже знаете, второй множитель соответствует разрядности процессора — помните, x64, x86(32)? Все современные процессоры уже имеют разрядность 64 бита.
Итак, подставляем наши данные в формулу, в итоге получается: 1600 * 64 = 102 400 МБит/с = 100 ГБит/с = 12,5 ГБайт/с. Такова пропускная способность магистрали между чипсетом и процессором, а точнее, между северным мостом и процессором. То есть системная, FSB, процессорная шины — все это синонимы. Все разъемы материнской платы — видеокарта, жесткий диск, оперативная память «общаются» между собой только через магистрали. Но FSB не единственная на материнской плате, хотя и самая главная, безусловно.
Как видно из рисунка, Front-side bus (самая жирная линия) по-сути соединяет только процессор и чипсет, а уже от чипсета идет несколько разных шин в других направлениях: PCI, видеоадаптера, ОЗУ, USB. И совсем не факт, что рабочие частоты этих подшин должны быть равны или кратны частоте FSB, нет, они могут быть абсолютно разные. Однако, в современных процессорах часто контроллер ОЗУ перемещается из северного моста в сам процессор, в таком случае получается, что отдельной магистрали ОЗУ как бы не существует, все данные между процессором и оперативной памятью передаются по FSB напрямую с частотой, равной частоте FSB.
Методы и особенности передачи данных
Передача данных по системной шине является одним из основных способов обмена информацией между устройствами компьютера. В данной статье рассмотрим основные методы и принципы передачи данных.
- Параллельная передача данных. В этом методе несколько битов информации передаются одновременно по отдельным проводам системной шины. Однако, данный способ имеет ряд ограничений, связанных с длиной шины и влиянием помех на качество передачи информации.
- Серийная передача данных. В этом методе биты информации передаются последовательно по одному проводу системной шины. Данный метод является более надежным и устойчивым к помехам, но достигает меньшей скорости передачи по сравнению с параллельной передачей.
- Тактовая синхронизация. При передаче данных по системной шине используется тактовый сигнал, который синхронизирует работу устройств. Тактовый сигнал определяет моменты времени, в которые устройства осуществляют передачу и прием данных. Это позволяет избежать ошибок и искажений информации.
- Протоколы передачи данных. Для передачи данных по системной шине применяются различные протоколы. Протокол определяет правила передачи информации, формат данных и порядок их обработки. Наиболее распространенными протоколами являются USB, Ethernet, SATA.
- Режимы передачи данных. Передача данных может осуществляться в различных режимах, например, синхронном или асинхронном. В синхронном режиме передачи данные передаются с определенной задержкой и исходя из тактового сигнала. В асинхронном режиме передачи данные передаются независимо от тактового сигнала, что позволяет увеличить скорость передачи, но может привести к ошибкам.
В итоге, передача данных по системной шине является сложным процессом, включающим различные методы и принципы. Выбор конкретного метода передачи зависит от требуемой скорости, надежности и других факторов, а использование соответствующего протокола обеспечивает правильную передачу и обработку данных.
Виды компьютерных шин
История компьютерной техники насчитывает уже не одно десятилетие. Совместно с развитием новых компонентов разрабатывались и новые типы системных шин. Самым первым таким каналом связи была система ISA. Этот компонент компьютера обеспечивает передачу данных на довольно медленной скорости, но ее достаточно для одновременного функционирования клавиатуры, монитора и некоторых других компонентов.
Несмотря на то что она была изобретена более полувека назад, данная системная шина активно применялась и в настоящее время, уверенно конкурируя с более современными представителями. Это смогло осуществиться благодаря выпуску большого количества расширений, которые увеличивали ее функционал. Лишь в последние годы процессоры стали выпускаться без использования ISA.
Принципы передачи данных по системной шине
Передача данных по системной шине — ключевой процесс в компьютерных системах, позволяющий связывать различные компоненты и устройства для обмена информацией. Этому процессу лежат в основе определенные принципы, обеспечивающие эффективность и надежность передачи данных.
1. Асинхронная и синхронная передача данных
Асинхронная передача данных подразумевает, что информация передается без точной синхронизации по времени между отправителем и получателем. При этом данные могут быть переданы как в виде непрерывного потока, так и с использованием стартовых и стоповых битов для каждого байта информации.
Синхронная передача данных, в свою очередь, осуществляется с помощью синхронизации по времени между отправителем и получателем. Информация передается в виде фреймов или пакетов по строго заданной шкале времени.
2. Параллельная и последовательная передача данных
Параллельная передача данных подразумевает одновременную передачу нескольких битов информации по отдельным проводникам. Такой подход позволяет повысить скорость передачи данных, однако требует большего числа проводников и более сложных устройств в сравнении с последовательной передачей.
При последовательной передаче данные передаются по одному биту за одну единицу времени. Хотя скорость передачи ниже, чем у параллельной передачи, этот метод требует меньше проводников и позволяет использовать более простые устройства.
3. Полудуплексная и полнодуплексная передача данных
Полудуплексная передача данных предполагает возможность передачи информации в обоих направлениях, но не одновременно. Когда одна сторона отправляет данные, другая должна находиться в режиме приема.
Полнодуплексная передача данных позволяет одновременную двунаправленную передачу информации. Отправитель и получатель могут обмениваться данными независимо друг от друга, так как используют разные каналы для передачи и приема информации.
4. Механизмы контроля ошибок
При передаче данных могут возникать ошибки, связанные с искажениями информации в процессе передачи. Для обеспечения надежности передачи используются различные механизмы контроля ошибок.
Одним из таких механизмов является проверка контрольной суммы (CRC), которая вычисляется отправителем и проверяется получателем для обнаружения возможных искажений данных.
Также используются повторные запросы и запросы на повтор передачи, если получатель обнаруживает ошибку данных.
5. Протоколы передачи данных
Протоколы передачи данных определяют формат и последовательность передаваемых данных, а также принципы и правила взаимодействия между отправителем и получателем. Некоторые из самых распространенных протоколов передачи данных включают Ethernet, USB, HDMI, Bluetooth и другие.
Принципы передачи данных по системной шине являются основой для эффективного и надежного обмена информацией между разными компонентами и устройствами компьютерной системы. Понимание этих принципов позволяет разработчикам создавать более эффективные и надежные системы передачи данных.
Первостепенное деление системных шин
Деление шин основывается на нескольких факторах. Первенствующим показателем является месторасположение. Согласно этому показателю шины бывают:
- Внутренними, которые обеспечивают взаимосвязь внутренних компонентов системного блока, таких как процессор, ОЗУ, материнская плата. Такая системная шина называется еще локальной, так как служит для связи местных устройств.
- Внешними, которые служат для подключения наружных устройств (адаптеров, флеш-накопителей) к материнской плате.
В самом общем случае системной шиной можно назвать любое устройство, которое служит для объединения в одну систему нескольких устройств. Даже сетевые подключения, например, сеть Интернет, в некотором роде является системной шиной.
Внешние устройства компьютера
Внешних устройств для ПК производится очень много: и типов, и моделей. Назовем некоторые из них, которые могут представлять интерес в самом начале знакомства с компьютером (и которые не входят в базовую конфигурацию компьютера).
- Память (внутренняя, внешняя)
- Внешняя память, предназначенная для временного хранения информации
- Магнитный принцип записи и считывания информации
Устройство для длительного хранения данных и программ. Своего рода библиотека компьютера, где хранятся все программы и данные.
В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД), или винчестерах, в основу записи информации положено намагничивание ферромагнетиков в магнитном поле, хранение информации основывается на сохранении намагниченности, а считывание информации базируется на явлении электромагнитной индукции. Считывание и запись информации на вращающийся намагничивающийся диск осуществляется с помощью магнитных головок, которые перемещаются вдоль заранее размеченных дорожек. Жесткий диск отличается большой емкостью (сотни и даже тысячи Гбайт).
Оптический принцип записи и считывания информации
Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информации.
В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку, содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью
- Гибкие магнитные диски
- Жесткие магнитные диски
Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью.
Лазерные дисководы и диски
На лазерных CD – ROM и DVD – ROM дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна.
Существуют CD – R и DVD – R диски, на них информация может быть записана, но только 1 раз. Для записи и перезаписи на диски используются CD – RW и DVD – RW дисководы.
Flash — память
Flash – память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный корпус. Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители, встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB – порт.
Флэш-диск.
Сканер
Принтер. Устройство, подключаемое к компьютеру и предназначенное для печати информации на твердый носитель, обычно на бумагу.
Самые распространенные типы принтеров — это струйные, лазерные и матричные..
Плоттер
Сетевая плата
Веб-камеры
Графический планшет
Устройства речевого ввода и вывода информации.
Модем
Чтение спецификации ПК
Пример
|
Быстродействие компьютера
Для функционирования микропроцессора в состав системы каналов связи входит сразу несколько шин. Это шины:
Количество представленных типов системных каналов связи процессора может быть от одного и более. Причем считается, что чем больше шин установлено, тем больше общая производительность компьютера.
Важным показателем, который также затрагивает производительность ПК, является пропускная способность системной шины. Она определяет скорость передачи информации между локальными системами электронно-вычислительной машины. Рассчитать ее довольно просто. Необходимо лишь найти произведение между тактовой частотой и количеством информации, то есть байт, которая передается за один такт. Так, для давно устаревшей шины ISA пропускная способность составит 16 Мбайт/с, для современной шины PCI Express это значение будет находиться на отметке в 533 Мбайт/с.
Структура аппаратного обеспечения компьютера
Рассмотрим структуру аппаратного обеспечения компьютера, представленную на схеме – раздаточный материал.
|
Основные блоки |
системный блок | монитор | устройства ввода-вывода |
|
Устройства в составе системного блока |
материнская плата | центральный процессор | оперативная память | жёсткий диск | графическая плата | звуковая плата | сетевая плата | дисковод | CD-привод | DVD-привод | TV-тюнер |
|
Периферийные (внешние) устройства |
принтер | сканер | графопостроитель (плоттер) | модем | микрофон | акустика | ИБП – источник бесперебойного питания | клавиатура | мышь | графический планшет | тачпад | вебкамера | фотокамера |
Для персонального компьютера существует понятие базовой конфигурации (см. рис ). Это минимально необходимый состав компьютерной системы, при котором она будет не только корректно, но и надежно работать. В базовую конфигурацию включают четыре устройства:
Системный блок. Представляет собой металлический корпус, внутри которого размещаются самые важные рабочие блоки компьютера. Состав системного блока будем рассмотривать немного позже.
Монитор. Основное устройство для вывода данных. Монитор отображает цифровую, символьную и графическую информацию, получаемую из компьютера.
Клавиатура. Устройство для ввода данных. Клавиатура имеет более 100 клавиш для ввода букв, символов и управляющих команд. Алфавитно-цифровые клавиши расположены «как на печатной машинке» соответствующего алфавита.
Мышь. Устройство ввода, предназначенное для управления операционной системой и программами. Перемещение небольшой мыши по плоской поверхности стола синхронизовано с перемещением графического объекта (указателя) на экране монитора. Кнопки (и колесик) мыши используются для ввода команд.
Устройства, подключаемые к компьютеру, и расположенные внутри системного блока, называются внутренними, а снаружи — внешними.
Внешние устройства, предназначенные для ввода, вывода и хранения данных, также называют периферийными.
Устройства, входящие в состав системного блока
Архитектура системной шины и ее влияние на передачу данных
Архитектура системной шины в компьютерных системах играет важную роль в передаче данных между различными устройствами и компонентами. Она определяет структуру и протоколы передачи данных, а также методы доступа к этим данным.
Системная шина представляет собой физический или логический канал передачи данных между различными компонентами компьютерной системы. Она может быть реализована как проводная (например, шина USB или шина PCI), так и беспроводная (например, шина Bluetooth или Wi-Fi).
Основные принципы передачи данных по системной шине включают следующие:
- Синхронный и асинхронный режимы передачи данных: в синхронном режиме передачи данные передаются по шине с фиксированной частотой и синхронизируются с тактовым сигналом системы. В асинхронном режиме передачи данные передаются по шине без тактового сигнала и могут быть переданы в любой момент времени.
- Параллельная и последовательная передача данных: при параллельной передаче данных каждый бит передается одновременно по отдельным проводам или частям шины. При последовательной передаче данных биты передаются последовательно, по одному биту за раз.
- Мастер-слейв архитектура: в системной шине, организованной по принципу мастер-слейв, одно устройство (мастер) контролирует все операции передачи данных, а другие устройства (слейвы) выполняют команды мастера.
Архитектура системной шины и методы доступа к данным имеют значительное влияние на скорость передачи данных, пропускную способность и задержку передачи. Например, параллельная передача данных по шине может обеспечивать более высокую скорость передачи, но требует большего количества проводов и может быть более подвержена внешним помехам. В то же время, последовательная передача данных может быть более устойчивой к помехам, но иметь более низкую скорость передачи.
Помимо этого, архитектура системной шины может включать различные протоколы передачи данных, такие как USB, PCI, Ethernet и другие. Каждый протокол имеет свои особенности и реализуется в соответствии с требованиями передачи данных в конкретной системе.
Примеры архитектур системной шины
Название
Протокол
Режим передачи
Пропускная способность
USB
USB
Синхронный и асинхронный
До 10 Гбит/с
PCI
PCI
Параллельный
До 133 МБайт/с
Ethernet
TCP/IP
Последовательный
10/100/1000 Мбит/с
Все эти факторы должны быть учтены при разработке и выборе системной шины для конкретной компьютерной системы с учетом требований к скорости передачи данных, надежности и энергоэффективности.