Процессор и память

1. ПРОЦЕССОР И ПАМЯТЬ

1
ПРОЦЕССОР И
ПАМЯТЬ
Подготовка к контрольной работе
за 3 четверть
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

2. Вопрос 1. Процессор. Назначение процессора. Что входит в состав процессора. Назначение его составных частей.

Как устроен компьютер, 10 класс
2
Вопрос 1. Процессор. Назначение процессора. Что входит в
состав процессора. Назначение его составных частей.
Процессор – это устройство, предназначенное для автоматического
считывания команд программы, их расшифровки и выполнения.
• AЛУ = арифметико-логическое устройство, выполняет обработку
данных. Содержит 2 регистра, сумматор и схему управления
операциями.
• УУ = устройство управления, которое управляет выполнением
программы и обеспечивает согласованную работу всех узлов
компьютера
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

3. Вопрос 1. Процессор. Назначение процессора. Что входит в состав процессора. Назначение его составных частей.

Как устроен компьютер, 10 класс
3
Вопрос 1. Процессор. Назначение процессора. Что входит в
состав процессора. Назначение его составных частей.
Кроме AЛУ и УУ в состав современного процессора входят:
• регистры – ячейки быстродействующей памяти;
• математический сопроцессор, предназначенный для выполнения
операций с вещественными числами;
• кэш-память (частично), которая содержит наиболее часто
используемые команды и данные, ускоряет работу процессора;
• Генератор тактовых импульсов
! АЛУ работает с целыми числами, математический
сопроцессор – с вещественными!
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

4. Вопрос 2. Основные характеристики процессора

Как устроен компьютер, 10 класс
4
Вопрос 2. Основные характеристики процессора
Тактовая частота — количество тактовых импульсов в секунду.
Измеряется в Герцах. 1 ГГц (гигагерц) = 1 млрд герц
!
Знать тактовую частоту недостаточно для сравнения
быстродействия компьютеров!
Так как одна и та же операция может выполняться разными типами
процессоров за разное число тактов. Быстродействие процессоров
чаще всего определяется с помощью специальных программ
тестирования.
Разрядность — это максимальное количество двоичных разрядов,
которые процессор способен обработать за одну команду.
Чаще всего разрядность определяют как размер регистров
процессора в битах.
Количество ядер.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

5. Вопрос 3. Что такое компьютерная память? Принцип иерархического построения памяти. Основные характеристики памяти.

Как устроен компьютер, 10 класс
5
Вопрос 3. Что такое компьютерная память? Принцип
иерархического построения памяти. Основные характеристики
памяти.
Память — это устройство компьютера, которое используется для
записи, хранения и выдачи по запросу команд программы и данных.
Требования к памяти:
• большой объём
• высокая скорость доступа
!
Эти требования противоречивы!
Поэтому соблюдается принцип иерархического построения памяти. Мы
его формулировали так:
Иерархия компьютерной памяти - концепция построения
взаимосвязи классов разных уровней компьютерной памяти на
основе иерархической структуры.
Вы очень плохо воспринимаете данную формулировку. Попробуем
сформулировать по-другому.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

6. Вопрос 3. Что такое компьютерная память? Принцип иерархического построения памяти. Основные характеристики памяти.

Как устроен компьютер, 10 класс
6
Вопрос 3. Что такое компьютерная память? Принцип
иерархического построения памяти. Основные характеристики
памяти.
Другая формулировка принципа иерархического построения памяти:
Различные виды памяти образуют иерархию, на различных уровнях
которой расположены памяти с отличающимися временем доступа,
сложностью, стоимостью и объемом.
При ответе на вопрос можете выбрать любую.
Нарисовать вы в тесте не сможете, но перечислить уровни памяти в
данном порядке при ответе на вопрос очень желательно.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

7. Вопрос 3. Что такое компьютерная память? Принцип иерархического построения памяти. Основные характеристики памяти.

Как устроен компьютер, 10 класс
7
Вопрос 3. Что такое компьютерная память? Принцип
иерархического построения памяти. Основные характеристики
памяти.
Информационная ёмкость — это максимально возможный объём
данных, который может сохранить данное устройство памяти
(Гбайт, Тбайт, …).
Время доступа — интервал времени от момента посылки запроса
информации до момента получения результата на шине данных.
Например, время доступа
• для ОЗУ – наносекунды(1 нс = 10–9 с)
• для жёстких дисков — миллисекунды (1 мс = 10–3 с).
Средняя скорость передачи данных — это количество
передаваемых за единицу времени данных после
непосредственного начала операции чтения (Мбайт/с).
+ для дисков – частота вращения
+ стоимость 1 бита или стоимость 1 Гбайта
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

8. 4 Вопрос. Внутренняя память. Какие устройства входят в состав внутренней памяти? RAM и ROM

Как устроен компьютер, 10 класс
8
4 Вопрос. Внутренняя память. Какие устройства входят в состав
внутренней памяти? RAM и ROM
Внутренняя память – часть памяти компьютера, которая
используется для хранения программ и данных во время решения
задачи.
Часто внутреннюю память называют основной памятью. В состав
внутренней памяти входят:
• ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (оперативная
память)
• ПЗУ – постоянное запоминающее устройство
Основное отличие внутренней памяти от внешней – произвольный
доступ к отдельным ячейкам памяти по их адресам. (Обращение к
внешней памяти происходит иначе).
Память, для которой чтение данных из ячеек и запись в них
осуществляется в произвольном порядке по адресам ячеек,
называется RAM = Random Access Memory
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

9. 4 Вопрос. Внутренняя память. Какие устройства входят в состав внутренней памяти? RAM и ROM

Как устроен компьютер, 10 класс
9
4 Вопрос. Внутренняя память. Какие устройства входят в состав
внутренней памяти? RAM и ROM
Произвольный доступ к ячейкам памяти по адресу применяется и в
ОЗУ, и в ПЗУ.
Только ПЗУ является памятью только для чтения - ROM (Read Only
Memory). То есть запись в такую память чего-либо пользователем
запрещена.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

10. Вопрос 5. ОЗУ и ПЗУ – краткое описание

Как устроен компьютер, 10 класс
10
Вопрос 5. ОЗУ и ПЗУ – краткое описание
ОЗУ = оперативное запоминающее устройство
В настоящее время используется два типа оперативной памяти,
отличающиеся по технологии изготовления:
1. Статическая, которая строится на триггерах
2. Динамическая, которая строится на полупроводниковых
конденсаторах
+ большая ёмкость
+ меньшая стоимость
- меньшее быстродействие
- потребляет больше электроэнергии
ОЗУ – память энергозависимая. При повторном включении или перезагрузке
компьютера операционная система не в состоянии восстановить, где и
какая информация находилась в «прошлый раз».
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

11. Вопрос 5. ОЗУ и ПЗУ – краткое описание

Как устроен компьютер, 10 класс
11
Вопрос 5. ОЗУ и ПЗУ – краткое описание
ПЗУ = постоянное запоминающее устройство
в первых ПЗУ: информация заносится только на заводе
затем появились программируемые ПЗУ
и наконец, перепрограммируемые ПЗУ, построенные на
основе флеш-памяти.
Однако мы считаем ПЗУ памятью только для чтения.
В ПЗУ встроен минимальный набор программ, в которые входят:
• тестирование компьютера
• программа начальной загрузки
• программы для обмена данными с клавиатурой, монитором,
принтером
В компьютерах IBM PC такое программное обеспечение называется
BIOS = Basic Input/Output System – Базовая система ввода/вывода
ПЗУ – память энергонезависимая. При повторном включении или
перезагрузке компьютера ее содержимое не меняется.
Она питается от специальной батарейки.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

12. Вопрос 6. Что такое внешняя память? Какие вы знаете современные виды носителей внешней памяти?

Как устроен компьютер, 10 класс
12
Вопрос 6. Что такое внешняя память? Какие вы знаете
современные виды носителей внешней памяти?
Внешняя память — часть памяти компьютера, которая используется
для долговременного хранения программ и данных.
Любой тип внешней памяти состоит из
некоторого носителя информации и
электронной схемы управления: контроллера.
контроллер
К
носитель
Устройства внешней памяти = накопители:
на магнитных дисках
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
на оптических дисках
флеш-память
http://kpolyakov.spb.ru

13. Вопрос 6. Что такое внешняя память? Какие вы знаете современные виды носителей внешней памяти?

Как устроен компьютер, 10 класс
13
Вопрос 6. Что такое внешняя память? Какие вы знаете
современные виды носителей внешней памяти?
ОСОБЕННОСТИ ВНЕШНЕЙ ПАМЯТИ
• данные располагается блоками (на дисках – сектора)
• блок данных читается и пишется как единое целое; работать с
частью блока невозможно
• прежде чем процессор сможет использовать программу или
данные, их нужно загрузить из внешней памяти в ОЗУ
• обменом данными управляют контроллеры
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

14. Вопрос 6. Что такое внешняя память? Какие вы знаете современные виды носителей внешней памяти?

Как устроен компьютер, 10 класс
14
Вопрос 6. Что такое внешняя память? Какие вы знаете
современные виды носителей внешней памяти?
На магнитных дисках биты данных хранятся в виде небольших
намагниченных (или ненамагниченных) областей. Секторы
размещаются на концентрических окружностях,
которые называются дорожками.
На оптических дисках при записи данных луч лазера «выжигает»
на поверхности диска дорожку, в которой чередуются впадины и
возвышения. При считывании также применяется луч лазера.
Для распознавания нулей и единиц используется различное
отражение от перепадов глубины и ровной поверхности диска.
В запоминающих устройствах на базе флэш памяти нет
движущихся частей, а носителем информации служит
полупроводниковый кристалл.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

15. Вопрос 7. Кэш-память

Как устроен компьютер, 10 класс
15
Вопрос 7. Кэш-память
Кэш-память — это память, ускоряющая работу другого (более
медленного) типа памяти, за счёт сохранения прочитанных
данных на случай повторного обращения к ним.
ОСОБЕННОСТИ КЭШ-ПАМЯТИ
• это статическая память (на триггерах)
• нет собственных адресов ячеек
• кэш программ и данных отдельно
• управляется контроллером
То есть для кэш-памяти не выполняются принципы адресности
памяти и принцип хранимой программы (программа и данные
хранятся в одной области памяти) фон Неймана.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

16. Вопрос 7. Кэш-память

Как устроен компьютер, 10 класс
16
Вопрос 7. Кэш-память
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

17. Вопрос 7. Виртуальная память

Как устроен компьютер, 10 класс
17
Вопрос 7. Виртуальная память
В связи с:
• увеличением размера программы;
• увеличением объема обрабатываемых данных (до Тбайтов);
• запуском нескольких программ одновременно
!
Может потребоваться больше ОЗУ, чем
реально установлено на компьютере!
Тогда применяется виртуальная память.
Виртуа́льная па́мять (англ. virtual memory) — метод управления
памятью компьютера, позволяющий выполнять программы,
требующие больше оперативной памяти, чем имеется в
компьютере,
путём
автоматического
перемещения
частей
программы между основной памятью и вторичным хранилищем
(например, жёстким диском)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru

18. Вопрос 7. Виртуальная память

Как устроен компьютер, 10 класс
18
Вопрос 7. Виртуальная память
страницы
виртуальной
памяти
адресное пространство процессора
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2018
http://kpolyakov.spb.ru