Тема 4. Обработка информации

1.

Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет «ЛЭТИ»
Факультет электротехники и автоматики
Информатика
Тема 4. Обработка информации
Шевченко Алексей Владимирович
Кафедра РАПС
Санкт-Петербург, 2024 г.

2.

Обработка информации в компьютерных системах
Числа
Изображения
13
Звук
Текст
Абв
Данные
Графика
Видео
Обработка информации в компьютерных системах заключается в
выполнении операций над данными, которые эту информацию
представляют. При этом, основными процессами обработки
информации являются создание, изменение и удаление данных.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
2

3.

Пример обработки числовой информации
№
Наименование
Количество
Цена
Стоимость
1
Лента для хомута
60
41.25
2475.00
2
Зажим для хомута
150
31.42
4713.00
3
Заклёпка глухая 4.0х15
1000
4.31
4310.00
4
Винт М4х20
340
0.98
333.20
Итого
1550
11831.20
Обработка числовой информации, как правило, заключается в
выполнении арифметических или математических действий над
данными, представленными в виде целых чисел и чисел с плавающей
точкой.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
3

4.

Пример обработки текста
Р о д и л с я
Р о д и л с я
н а
н а
б р е г а х
б р е г а х
н е в ы
,
Н е в ы ,
Обработка текста, как правило, связана с перестановкой или заменой
символов. Поскольку символы представляются целыми числами, то
здесь задействуется, главным образом, арифметика целых чисел.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
4

5.

Пример обработки графики
X' = X*kx+dx
Y' = Y*ky+dy
Обработка графики, как правило, связана с вычислением и изменением
координат графических примитивов, задаваемых в виде чисел с плавающей
точкой. Поэтому, здесь в основном задействуется арифметика чисел с
плавающей точкой с выполнением большого числа математических
операций (умножение матриц, тригонометрические функции).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
5

6.

Пример обработки изображений
22.08.2010
R' = (R+G+B)/3
G' = (R+G+B)/3
B' = (R+G+B)/3
Обработка изображений, как правило, связана с вычислением и изменением
координат и цветов пикселей. Несмотря на то, что координаты и цвета
задаются целыми числами, здесь применяется много вычислительных
операций, в том числе и над числами с плавающей точкой.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
6

7.

Пример обработки звука
V' = V*k
Обработка звука, как правило, требует проведения арифметических
и математических операций над большими наборами
целочисленных данных. Здесь также могут применяться сложные
математические вычисления.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
7

8.

Пример обработки видео
Обработка видео, особенно в реальном времени, требует больших
вычислительных ресурсов. Это связано как с объемами данных, так и с
динамикой их изменения. Характерным примером являются задачи
распознавания образов и управления движущимися объектами.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
8

9.

Архитектура компьютерных систем
Обработка
данных
Хранение
данных
Ввод/вывод
данных
Архитектура компьютера – это модель компьютерной системы, воплощённая в
её компонентах, их взаимодействии между собой и окружением, включающая
также принципы её проектирования и развития.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
9

10.

Гарвардская архитектура
Арифметико-логическое
устройство
Память
для команд
Устройство
управления
Память
для данных
Ввод/вывод
Гарвардская архитектура – архитектура ЭВМ, разработанная Говардом Эйкеном в
конце 1930-х годов в Гарвардском университете (компьютер Mark I). Для
гарвардской архитектуры характерно использование для хранилища команд и
хранилища данных разных физических устройств, а также физическое разделение
канала команд и канала данных. В настоящее время применяется в сигнальных
процессорах и микропроцессорах (Microchip PIC, Atmel AVR).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
10

11.

Архитектура фон Неймана
Принципы функционирования большинства современных компьютеров были
заложены Джоном фон Нейманом в ходе работы над проектом EDVAC и
представлены в июне 1945 г. Архитектура фон Неймана основывается на
принципе совместного хранения данных и команд в памяти компьютера.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
11

12.

Принципы архитектуры фон Неймана
1.
Использование двоичной системы счисления для данных и команд
2.
Однородность памяти (команды и данные хранятся в одной памяти)
3.
Адресуемость памяти (все ячейки имеют адрес и доступны процессору)
4.
Программное управление (процессор исполняет команды из памяти)
5.
Последовательное выполнение команд (одна за другой)
6.
Условный переход (возможность изменения последовательности команд)
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
12

13.

Оперативная память
Оперативная память
Адрес
…
00000004
00000003
00000002
00000001
00000000
Команды
Данные
0
0
0
1
0
1
1
0
1 байт = 8 бит
Оперативная память (англ. Random Access Memory, RAM) – в большинстве
случаев энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой
во время работы компьютера хранится выполняемый код программы, а
также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые
процессором. Представляет собой набор однобайтовых ячеек, каждая из
которых имеет свой адрес.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
13

14.

Пример визуализации оперативной памяти
Данные
Адрес
Целые числа
(со знаком и без)
1 байт
2 байта
4 байта
8 байтов
Числа с плавающей
точкой
4 байта
8 байтов
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
14

15.

Процессор
Оперативная память
…
00000004
00000003
00000002
00000001
00000000
Процессор
Данные
Команды
Процессор (англ. Processor) – электронный компонент, выполняющий
операции над хранящимися в оперативной памяти данными. Операции
(часто их называют командами или инструкциями) также хранятся в
оперативной памяти. Для получения команд, чтения и записи данных
указываются их адреса.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
15

16.

Устройство процессора
Процессор
Регистр 1
Регистр 2
Регистр 3
АЛУ
...
PC – программный счетчик
SP – указатель стека
PS – слово состояния
УУ
В составе процессора выделяют регистры, арифметико-логическое устройство
(АЛУ) и устройство управления (УУ). Регистры представляют собой память с очень
малым временем доступа. Разрядность регистров определяется разрядностью
процессора. Среди регистров различают регистры общего назначения и
специальные. К последним относят PC (программный счетчик), SP (указатель
стека) и PS (слово состояния процессора).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
16

17.

Регистры общего назначения процессора Intel x86-64
Процессор Intel x86-64
AH
AL
Регистр A
AX
EAX
Регистр B
RAX
Регистр C
Регистр D
64
32
16
8
0
…
Регистры общего назначения используются для оперативного хранения данных
или адресов в процессе выполнения программы. Размер регистров определяется
архитектурой процессора (16, 32, 64 бит). В процессорах Intel можно использовать
одни и те же регистры как 8-, 16-, 32- и 64-разрядные.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
17

18.

Регистры процессора Intel x86-64
Процессор Intel x86-64
RAX
RBX
RCX
RDX
RBP
RSI
RDI
RSP
ST0
ST1
ST2
ST3
ST4
ST5
ST6
ST7
MM0
MM1
MM2
MM3
MM4
MM5
MM6
MM7
XMM0
XMM1
XMM2
XMM3
XMM4
XMM5
XMM6
XMM7
RIP
R8
R9
R10
R11
R12
R13
R14
R15
XMM8
XMM9
XMM10
XMM11
XMM12
XMM13
XMM14
XMM15
RFLAGS
Архитектура x86-64 имеет:
16 целочисленных 64-битных регистров общего назначения (RAX, RBX, RCX, RDX, RBP,
RSI, RDI, RSP, R8 – R15);
8 80-битных регистров с плавающей точкой (ST0 – ST7);
8 64-битных регистров Multimedia Extensions (MM0 – MM7, имеют общее
пространство с регистрами ST0 – ST7);
16 128-битных регистров SSE (XMM0 – XMM15);
64-битный указатель RIP и 64-битный регистр флагов RFLAGS.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
18

19.

Регистр PC – программный счётчик
Процессор
Регистр 1
Регистр 2
Регистр 3
АЛУ
...
PC – программный счетчик
SP – указатель стека
PS – слово состояния
УУ
Регистр PC (Program Counter или программный счётчик) содержит адрес памяти,
по которому находится очередная команда. После считывания команды
содержимое регистра увеличивается на размер команды, таким образом
реализуется последовательное выполнение команд. Запись в регистр PC нового
адреса вызовет переход на команду, находящуюся по этому адресу. В архитектуре
Intel программный счётчик называется IP.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
19

20.

Указатель стека
Процессор
Регистр 1
Регистр 2
Регистр 3
АЛУ
...
PC – программный счетчик
SP – указатель стека
PS – слово состояния
УУ
При выполнении программы регистр SP содержит адрес специальной области
памяти – стека, который используется, главным образом, для передачи
параметров в подпрограммы, а также для хранения адресов возврата из
подпрограмм. Стек организуется по принципу «последним вошел – первым
вышел». При занесении данных по находящемуся в SP адресу указатель стека
увеличивается, а при выборке данных – уменьшается.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
20

21.

Слово состояния процессора
Процессор
Регистр 1
Флаг нуля
Флаг знака
Регистр 2
Регистр 3
АЛУ
...
PC – программный счетчик
SP – указатель стека
PS – слово состояния
УУ
Регистр флагов или слово состояния процессора – специализированный регистр,
отражающий состояние процессора после выполнения каждой операции.
Например, если после выполнения операции принимающий регистр получил
нулевое значение, то флаг нуля устанавливается в 1. Флаги нуля и знака
используются операциями условного перехода.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
21

22.

Цикл работы процессора
Процессор
Регистр 1
Регистр 2
АЛУ
Регистр 3
3
...
PC – программный счетчик 5
SP – указатель стека
PS – слово состояния
УУ
4
2
1
1. По находящемуся в PC адресу получается очередная команда.
2. УУ декодирует команду, определяет её размер и число операндов.
3. АЛУ выполняет операцию над данными.
4. По итогам операции выставляются флаги в PS.
5. PC увеличивается на размер команды.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
22

23.

Классификация команд процессора по числу операндов
Безадресные:
Код команды
Одноадресные:
Код команды
Операнд 1 (приёмник)
Двухадресные:
Код команды
Операнд 1 (источник)
Операнд 2 (приёмник)
Все команды процессора делятся на 3 группы по числу операндов:
1. Безадресные (не имеют операндов).
2. Одноадресные (один операнд).
3. Двухадресные (два операнда).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
23

24.

Примеры команд с разным числом операндов
Безадресные:
HALT
Одноадресные:
CLR
Операнд 1 (приёмник)
Двухадресные:
MOV
Операнд 1 (источник)
Операнд 2 (приёмник)
Команда остановки процессора (HALT) не требует указания
операндов, для команды очистки (CLR) задаётся один операнд, для
команды пересылки (MOV) – два операнда.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
24

25.

Способы адресации в командах процессора
Прямая
Операнд
Значение
Косвенная
Операнд
Адрес
Значение
Двойная косвенная
Операнд
Адрес
Адрес
Значение
При прямой адресации операнд команды является значением или регистром,
содержащим значение.
При косвенной адресации операнд команды является адресом значения или
регистром, содержащим адрес.
При двойной косвенной адресации операнд команды является адресом адреса
значения или регистром, содержащим адрес адреса.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
25

26.

Пример прямой адресации
Оперативная память
Процессор
R1
…
00000103
00000102
00000101
00000100
…
Шевченко А. В.
CLRB
#100
// очистка байта по адресу 100
CLRB
R1
// очистка байта в регистре R1
Информатика. Тема 4. Обработка информации
26

27.

Пример косвенной адресации
Оперативная память
Процессор
R1
102
…
00000103
00000102
00000101
00000100
…
CLRB
Шевченко А. В.
(R1)
// очистка байта по адресу в регистре R1
Информатика. Тема 4. Обработка информации
27

28.

Пример двойной косвенной адресации
Оперативная память
Процессор
R1
…
00000103
00000102
00000101
00000100
…
CLRB
Шевченко А. В.
100
102
@(R1) // очистка байта по адресу адреса в регистре R1
Информатика. Тема 4. Обработка информации
28

29.

Система команд процессора
Команды
Арифметические
Пересылки
Битовые
Управляющие
Ввода-вывода
Система команд процессора определяет его возможности по обработке данных
и включает: допустимые типы данных, набор инструкций, систему регистров,
способы адресации, методы ввода и вывода.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
29

30.

Пример одноадресных команд процессора PDP-11
Команда
Шевченко А. В.
Действия
CLR
очистка
INC
увеличение на 1
DEC
уменьшение на 1
NEG
изменения знака
ASR
арифметический сдвиг вправо
ASL
арифметический сдвиг влево
ROR
циклический сдвиг вправо
ROL
циклический сдвиг влево
TST
тестирование
Информатика. Тема 4. Обработка информации
30

31.

Пример двухадресных команд процессора PDP-11
Команда
Шевченко А. В.
Действия
MOV
пересылка источника в приёмник
CMP
сравнение источника и приёмника
ADD
добавление источника к приёмнику
SUB
вычитание источника из приёмника
BIT
тестирование битов (логическое И)
BIC
очистка битов приёмника
BIS
установка битов приёмника
MUL
умножение приёмника на источник
DIV
деление приёмника на источник
Информатика. Тема 4. Обработка информации
31

32.

Пример команд ветвления процессора PDP-11
Команда
Действия
BR
безусловный переход
BNE
переход по неравенству нулю
BEQ
переход по равенству нулю
BGE
переход по больше или равно
BGT
переход по больше
BLE
переход по меньше или равно
BLT
переход по меньше
Оперативная память
…
00000103
00000102
00000101
00000100
…
Команды ветвления позволяют менять линейную последовательность
выполнения команд процессором и переходить при наступлении определенных
условий к командам, находящимся по заданным адресам (смещениям).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
32

33.

Применение команд ветвления
Последовательность
…
00000100
00000101
00000102
00000103
…
Развилка
…
00000100
00000101
00000102
00000103
…
Цикл
…
00000100
00000101
00000102
00000103
…
С помощью команд ветвления можно дополнять линейную последовательность
выполнения команд процессором более сложными структурами – развилками
и циклами. Развилки позволяют обойти некоторый участок кода программы.
Циклы используются для многократного повторения участков кода программы.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
33

34.

Пример программы
Требуется записать в 10 однобайтовых ячеек
памяти, начиная с адреса 100, натуральные
числа. Программа начинается с адреса 200.
…
00000100
00000101
Процессор
00000102
00000204 MOV #10, R2
R0
R1
R2
...
PC
00000208 MOV #1, R1
PS
00000103
…
00000200 MOV #100, R0
00000212 MOVB R1, (R0)
00000214 INC
R0
00000216 INC
R1
00000218 DEC
R2
00000220 BNE
#212
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
АЛУ
УУ
В данной программе регистр R0
используется для указания адреса данных,
R1 для генерации последовательности
натуральных чисел, R2 как счётчик цикла.
Переход на адрес 212 будет выполняться
пока в регистре R2 не окажется значение 0.
34

35.

Понятие прерывания
Программа
Обработчик прерывания
…
00000100
00000101
00000102
00000103
…
Прерывание – одна из базовых концепций вычислительной техники, которая
заключается в том, что при наступлении какого-либо события происходит передача
управления специальной процедуре, называемой обработчиком прерываний. В
отличие от условных и безусловных переходов, прерывание может быть вызвано в
любом месте программы и обусловлено обычно внешними по отношению к
программе событиями. После выполнения необходимых действий, обработчик
прерываний, как правило, возвращает управление прерванной программе.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
35

36.

Виды прерываний
Прерывания
Внешние
Внутренние
Программные
В зависимости от источника возникновения сигнала прерывания делятся на:
• внешние (асинхронные) – события, инициируемые устройствами ввода-вывода,
которые могут произойти в любой произвольный момент: сигнал от таймера,
сетевой карты или дискового накопителя, нажатие клавиш клавиатуры, движение
мыши;
• внутренние (синхронные) – события в самом процессоре как результат ошибок
при исполнении машинного кода: деление на ноль или переполнение стека,
обращение к недопустимым адресам памяти или недопустимый код операции;
• программные (частный случай внутреннего прерывания) – инициируются
исполнением специальной инструкции в коде программы, используются для
обращения к функциям операционной системы.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
36

37.

Пример прерывания
…
000B7500 MOV R0, (SP)+
00000100
000B7504 MOV R1, (SP)+
00000101
000B7508 MOV R2, (SP)+
00000102
…
00000103
000B9314 MOV -(SP), R2
…
000B9316 MOV -(SP), R1
00000200 MOV #100, R0
000B9318 MOV -(SP), R0
00000204 MOV #10, R2
000B9320 RET
00000208 MOV #1, R1
00000212 MOVB R1, (R0)
00000214 INC
R0
00000216 INC
R1
00000218 DEC
R2
00000220 BNE
#212
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
После выполнения команды по адресу
214 происходит прерывание, обработчик
которого находится по адресу B7500. В
обработчике прерывания сохраняются
регистры, выполняются некоторые
действия, восстанавливаются регистры и
происходит возврат к прерванной
программе (адрес 216).
37

38.

Основные характеристики процессоров
Тактовая частота
Разрядность
8 бит
16 бит
32 бит
64 бит
Система команд
CISC
RISC
Быстродействие
EPIC
CISC: Intel x86
RISC: Alpha, POWER, SPARC, PA-RISC, MIPS, ARM
EPIC: Intel Itanium.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
MIPS
MFLOPS
Ведущие производители:
Intel, AMD, Motorola, IBM, HP,
Sun.
38

39.

Разрядность процессора и адресное пространство
Процессор
Регистр 1
Регистр 2
Регистр 3
АЛУ
...
PC – программный счетчик
SP – указатель стека
PS – слово состояния
УУ
Поскольку обращение к командам и данным осуществляется с использованием
регистров процессора, то его разрядность (размер регистров) определяет
возможное адресное пространство компьютера. Если с помощью 8-битного
регистра можно адресовать только 256 байтов памяти, то с помощью 16битного – 64 Кбайт, 32-битного – 4 Гбайт, а 64-битного – 264 байт.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
39

40.

Сравнение различных систем команд
CISC
CISC (англ. complex instruction set computing) – архитектура со сложным
набором команд, характеризующаяся следующими свойствами:
• длина команды произвольна;
• арифметические действия кодируются в одной команде;
• небольшое число специализированных регистров.
RISC
RISC (англ. reduced instruction set computing) – архитектура с набором
сокращенных команд, характеризующаяся следующими свойствами:
• длина команды фиксирована;
• сокращён объём действий, выполняемых отдельной командой;
• большое число регистров общего назначения.
EPIC
EPIC (англ. explicitly parallel instruction computing) – архитектура с явным
параллелизмом команд. Разработана в 1997 году альянсом HP и Intel для
процессора Intel Itanium. EPIC позволяет микропроцессору выполнять
инструкции параллельно, опираясь на информацию от компилятора.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
40

41.

Способы увеличения производительности процессоров
Повышение
производительности
Конвейер
Суперскалярность
Многопроцессорность
Многоядерность
Для повышения производительности компьютерных систем применяют, в том
числе и совместно, следующие способы:
• конвейерную обработку команд;
• увеличение числа функциональных узлов процессора (суперскалярность);
• увеличение числа ядер (многоядерность);
• увеличение числа процессоров (многопроцессорность).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
41

42.

Конвейерная обработка команд
IF – получение команды
ID – декодирование команды
Время
EX – выполнение команды
MEM – доступ к памяти
Команда 1
Команда 2
Команда 3
IF
ID
EX
MEM
WB
WB – запись в регистр
IF
ID
EX
MEM
WB
IF
ID
EX
MEM
WB
IF
ID
EX
MEM
WB
IF
ID
EX
MEM
Команда 4
Команда 5
WB
При конвейерной обработке команд увеличение производительности достигается
за счёт одновременной работы узлов, ответственных за разные стадии выполнения
команды. Число стадий может варьироваться от 5 (некоторые RISC-процессоры) до
20 (процессор Intel Pentium 4). Благодаря такому подходу конвейерный процессор
может выполнять одну инструкцию за такт.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
42

43.

Суперскалярный процессор
Время
Команда 1
IF
ID
EX
MEM
WB
Команда 2
IF
ID
EX
MEM
WB
Команда 3
IF
ID
EX
MEM
WB
Команда 4
IF
ID
EX
MEM
WB
Команда 5
IF
ID
EX
MEM
WB
Команда 6
IF
ID
EX
MEM
WB
Команда 7
IF
ID
EX
MEM
WB
Команда 8
IF
ID
EX
MEM
WB
В суперскалярном процессоре наряду с конвейерной обработкой команд
применяется дублирование узлов, отвечающих за различные стадии обработки
команд, например несколько АЛУ. Благодаря распараллеливанию обработки,
суперскалярный процессор может выполнять несколько команд за один такт.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
43

44.

Кэш процессора
Оперативная память
…
00000004
00000003
00000002
00000001
00000000
Кэш L3
Процессор
Кэш L1
Данные
Команды
Данные
Кэш L2
Команды
Кэш процессора – сверхоперативная память, используемая процессором для
уменьшения среднего времени доступа к оперативной памяти. Кэш использует
небольшую, очень быструю память (обычно типа SRAM), которая хранит копии
часто используемых данных из основной памяти. Если большая часть запросов в
память будет обрабатываться кэшем, средняя задержка обращения к памяти будет
приближаться к задержкам работы кэша. Кэш включает уровни L1, L2 и L3.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
44

45.

Устройство компьютера
Центральная часть
Периферийные
устройства
Процессор
Устройства вводавывода
Оперативная
память
Диски
Ленты ...
В составе любого компьютера присутствует центральная часть, включающая
процессор (один или несколько) и оперативную память (ОЗУ), а также
периферийные устройства. Периферийные устройства обеспечивают операции
ввода-вывода, долговременное хранение данных, а также взаимодействие с
пользователем.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
45

46.

Понятие шины обмена данными
Оперативная
память
Процессор
Шина
адреса
Шина
Шина
данных управления
Связь между устройствами компьютера, например между процессором и
оперативной памятью, осуществляется посредством шин – набора электрических
проводников. Среди этих проводников часть обеспечивает передачу адреса (шина
адреса), другая – передачу данных (шина данных) и третья – управляющие сигналы
для синхронизации обмена данными (шина управления).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
46

47.

Шины компьютера на базе процессора Pentium
Шина кэша
Кэш L3
Процессор
Шина памяти
Локальная шина
Монитор
Графический
адаптер
Северный
мост
Оперативная
память
Внутренняя шина
Шина IDE
Шина PCI
Южный
мост
IDE-диски
SATA-диски
Шина SATA
Мышь
Слоты PCI
Клавиатура
Шина USB
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
47

48.

Материнская плата компьютера на процессоре Pentium
BIOS
Разъёмы PCI
Разъём AGP
Северный мост
Разъём
процессора
Разъёмы
памяти
Разъёмы IDE
Шевченко А. В.
Южный мост
Информатика. Тема 4. Обработка информации
Разъём питания
48

49.

Процессор Pentium и его система охлаждения
На материнской плате компьютера с процессором Intel Pentium имеется специальное
гнездо, в которое устанавливается и фиксируется защёлкой процессор. Над ним
устанавливается и фиксируется защёлками радиатор охлаждения с вентилятором.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
49

50.

Модули оперативной памяти
Модули оперативной памяти устанавливаются в специальные разъёмы (слоты),
расположенные рядом с процессором и фиксируются защёлками с двух сторон.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
50

51.

Многоядерные процессоры
В многоядерном процессоре в одной микросхеме (на одном кристалле или в
одном корпусе) размещают несколько вычислительных ядер, каждое из которых
является полноценным микропроцессором с конвейерной обработкой команд.
Напротив, суперскалярность используется в меньшей степени, поскольку
распараллеливание осуществляется за счёт дублирования ядер процессора. В
многоядерных процессорах тактовая частота бывает намеренно снижена для
снижения энергопотребления (оно зависит как куб от частоты).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
51

52.

Многопроцессорные архитектуры SMP и ASMP
Процессор 1
Кэш
Процессор 2 …
Процессор 1
Кэш
Системная шина
Память
Вариант с общей шиной
Кэш
Память
Память
Память
Процессор 2 …
Кэш
Коммутатор
Вариант с коммутируемым соединением
Многопроцессорная архитектура предполагает наличие у компьютера нескольких
центральных процессоров, которые могут быть равными (симметричная
многопроцессорная обработка – SMP), или некоторые могут быть зарезервированы
для особых целей (ассиметричная многопроцессорная обработка – ASMP,
многопроцессорная обработка с неоднородным доступом к памяти – NUMA).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
52

53.

Многопроцессорная архитектура NUMA
Память 1
Память 2
Процессор 1
Процессор 2
Высокоскоростная шина
Процессор 3
Процессор 4
Память 3
Память 4
NUMA (англ. Non-Uniform Memory Access «неравномерный доступ к памяти») –
архитектура организации компьютерной памяти, используемая в
мультипроцессорных системах. Процессор имеет быстрый доступ к локальной
памяти через свой контроллер, а также более медленный канал до памяти,
подключенной к контроллерам (слотам) других процессоров, реализуемый через
компьютерную шину обмена данными .
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 4. Обработка информации
53