Материал: Захаров, Сайфутдинов - Вычислительная техника

CD-ROM; выходные – линейный выход, выход на колонки или наушники), некоторые платы имеют и цифровой вход от CD-ROM.

Сетевая карта (Net Card) – служит для передачи данных в вычислительных сетях. Различаются по поддерживаемым протоколам доступа к среде передачи дан-

ных (Ethernet, Fast Ethernet).

В системном блоке располагается также блок питания, преобразующий переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и других устройств компьютера, размещенных в системном блоке. Блок питания содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока, сетевого энергопитания ПК. Кроме сетевого, в компьютере имеется также автономный источник питания — аккумулятор. К аккумулятору подключается таймер – внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер продолжает работать и при отключении компьютера от сети.

Важнейшую роль в работе ПЭВМ играет контроллер прерываний. Прерывание – временный останов выполнения одной программы в целях опе-

ративного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы.

Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания процессору. Процессор, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы.

8.2. Основные характеристики микропроцессоров, используемых в ПЭВМ

Микропроцессор, или Central Processing Unit (CPU) – функционально-

законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких БИС или СБИС интегральных схем.

157

МП выполняет следующие функции:

вычисление адресов команд и операндов;

выборку и дешифрацию команд из ОП;

выборку данных из ОП;

прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

обработку данных и их запись в ОП;

выработку управляющих сигналов для всех узлов и блоков ПК;

переход к следующей команде.

В настоящее время выпускается несколько сотен различных микропроцессоров, но среди микропроцессоров, используемых в ПЭВМ, наиболее популярными являются микропроцессоры семейства х86.

Конструктивно современный МП представляет собой СБИС, реализованную на одном полупроводниковом кристалле — тонкой пластинке кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров. На ней размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми выводами с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Внешний вид микропроцессора Intel Pentium 4 Core2 Duo представлен на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Микропроцессор Intel Pentium 4 Core2 Duo

158

С внешними устройствами, и, в первую очередь, с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами.

Адресная шина. У большинства современных процессоров адресная шина 32-разрядная, т. е. состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нолей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров.

Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе процессоров Intel Pentium, шина данных 64-разрядная, т. е. состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.

Шина команд. В большинстве процессоров шина команд 32- и 64-разрядная, хотя существуют 128-разрядные процессоры.

В процессорах семейства х86 различают реальный, защищенный и виртуальный режимы работы.

Реальный режим соответствует возможностям первых процессоров 8086/8088, имеющих 20-разрядную адресную шину, позволяя адресовать не более 1 Мбайт (220) памяти. Чтобы поддержать совместимость с ранее разработанными программами, все последующие процессоры поддерживают реальный режим, используя при этом свои минимальные возможности.

Защищенный режим появился впервые в МП 80286. В этом режиме, если физическая память полностью загружена, непоместившиеся данные МП располагает на винчестере. При этом он работает не с реальными, а с виртуальными адресами, которые управляются через специальные таблицы, с тем чтобы информацию можно было найти (или снова записать). Эту память называют еще виртуальной памятью, так как фактически она не существует.

Кроме того, в защищенном режиме возможна поддержка мультизадачного режима. При этом CPU может выполнять различные программы в выделенные кванты времени, выпадающие на каждую из программ. Начиная с процессора 80386 его архитектура определяет четыре уровня привилегий для защиты кода и данных системы от случайного или преднамеренного изменения со стороны менее привилегированного

159

кода. Такой метод выполнения кода называют моделью защиты Intel. Уровни привилегий задаются от 0 до 3. Уровень привилегий 0, отведенный под ядро операционной системы, — режим ядра максимальный. Уровень привилегий 3, или режим пользователя, минимальный.

Виртуальный режим. Впервые начиная с процессора 386 CPU могут эмулировать работу нескольких процессоров 8086 и тем самым обеспечить многопользовательский режим таким образом, что на одном ПК могут быть записаны одновременно даже различные операционные системы. Естественно, увеличивается и возможное количество выполняемых приложений.

Основными параметрами МП являются: рабочее напряжение, разрядность, ра-

бочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш-памяти.

Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому различным моделям МП соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). По мере развития МП происходит постепенное понижение рабочего напряжения. Ранние модели процессоров х86 имели рабочее напряжение 5 В. С переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 3,3 В, а в настоящее время оно составляет менее 3 В. Причем ядро процессора питается пониженным напряжением 2,2 В и менее. Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояния между структурными элементами в кристалле процессора до десятитысячных долей миллиметра, не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается и тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличивать его производительность без угрозы перегрева.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры х86 были 16-разрядными. Начиная с процессора 80386 они имеют 32-разрядную архитектуру. Современные процессоры семейства Intel Pentium могут быть 32- и 64-разрядными, и работать с 64-разрядной шиной данных (разрядность процессора определяется разрядностью внутренних регистров).

Рабочая тактовая частота и коэффициент ее внутреннего умножения.

В процессоре исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. Тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный

160