Лекционный материал по теме урока

Тема Архитектура компьютеров. Основные характеристики компьютеров

Написать краткий конспект по теме урока. Изучить теоретический материал. (материал и ссылки на изучаемый материал находятся ниже)

Вопросы и задания (письменно)

Задание 1. Ответьте на вопросы

1. Какой принцип положен в основу архитектуры современных ПК? Опишите его.

2. Что является важнейшей частью материнской платы?

3. Какие две основные большие микросхемы чипсета содержат современные компьютеры?

4. Как узнать пропускную способность шины?

5. По какой шине данные передаются между Северным мостом и процессором?

6. По какой шине производится обмен данными между северным мостом и оперативной памятью?

7. Какую шину используют для подключения видеоплаты к северному мосту?

8. По какой шине устройства внешней памяти подключаются к южному мосту?

9. Какую шину используют для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств?

Задание 2. Зарисуйте схему архитектуры ПК

Задание 3. Запишите основные характеристики ПК

ССЫЛКИ НА ЛЕКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

https://studopedia.su/1_15495_arhitektura-i-osnovnie-harakteristiki-kompyuterov.html

ССЫЛКИ НА ВИДЕОМАТЕРИАЛЫ

https://www.youtube.com/watch?v=-u13PBY5YYo

https://www.youtube.com/watch?v=4Y_cj9Gb19o

Лекционный материал по теме урока

Магистрально-модульный принцип построения компьютера. В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.

Многие необходимые дополнительные устройства интегрированы в современные материнские (системные) платы: сетевая карта, внутренний модем, сетевой адаптер беспроводной связи Wi-Fi, контроллер IЕЕЕ 1394 для подключения цифровой видеокамеры, звуковая плата и др. Раньше эти устройства подключались к материнской плате с помощью слотов расширения и разъемов.

Чипсет. Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который во многом определяет архитектуру современного персонального компьютера. Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета (рис. 1.12):

- контроллер-концентратор памяти, или Северный мост (англ. North Bridge), который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;

- контроллер-концентратор ввода/вывода, или Южный мост (англ. South Bridge), обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Пропускная способность шины. Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается. Быстродействие устройства зависит от тактовой Частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах — МГц) и разрядности, т. е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт. (Такт — это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств компьютера.)

Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться. Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в горцах — Гц, 1 Гц = 1 такт в секунду):

пропускная способность шины = разрядность шины х частота шины.

Системная шина (см. рис. 1.12). Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине (FSB от англ. FrontSide Bus). В наиболее быстрых компьютерах (2008 год} частота системной шины составляет 400 МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой 400 МГц · 4 = 1600 МГц. Так как разрядкость системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна:

64 бита · 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с.

Частота процессора. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. Например, в современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8. Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет 400 МГц · 8 = 3,2 ГГц.

Шина памяти (см. рис. 1.12). Обмен данными между северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти (DDRS от англ. double-data-rate) ‘Частота шины памяти может составлять 400 МГц · 4 = 1600 МГЦ, т. е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор. Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:

64 бита · 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с = 12 800 Мбайт/с.

Модули памяти маркируются своей пропускной способностью, выраженной в Мбайт/с: РС4200, РС8500, РС12800 и др.

Шина РСI Express (см. рис. 1.12). По мере усложнения графики приложений требования к быстродействию шины, связывающей видеопамять с процессором и оперативной памятью, возрастают.

В настоящее время для подключения видеоплаты к северному мосту все большее распространение получает шина РСI Express (Peripherial Component Interconnect bus Express —- ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств). Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с.

К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA (Video Graphics Array — графический видеоадаптер) или цифрового разъема DVI (Digital Visual Interface – цифровой видеоинтерфейс) подключается электронно-лучевой или жидкокристаллический монитор или проектор.

Шина SАТА (см. рис. 1.12]. Устройства внешней памяти (жесткие диски, СD- и DVD-дисководы) подключаются к южному мосту по шине SАТА (англ. Serial Advanced Technology Attachment — последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

Шина USВ (см. рис. 1.12). Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина USВ (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина). Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web-камера, модем и др.).

Увеличение производительности процессора. Увеличение производительности процессоров за счет увеличения частоты имеет свой предел из-за тепловыделения. Выделение процессором теплоты Q пропорционально потребляемой мощности Р, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату частоты v²:

Q – Р – v².

Рис. 1.12. Архитектура персонального компьютера

Уже в настоящее время для отвода тепла от процессора используются массивные воздушные кулеры, состоящие из вентилятора и металлических теплоотводящих ребер.

Увеличение производительности процессора, а значит и компьютера, достигается за счет увеличения количества ядер процессора (арифметических логических устройств). Вместо одного ядра процессора используются два или четыре ядра, что позволяет распараллелить вычисления и повысить производительность процессора.