Информатика для студентов гуманитарных направлений вУЗов (стр. 6 )

Параллельно с Pentium развился и процессор Pentium Pro, который отличался новшествами «динамического исполнения инструкций».
Кроме того, в его корпусе разместили и вторичный кэш, для начала
объемом 256 Кб. Однако на 16-битных приложениях, а также в среде Windows 95 его применение не дало преимуществ. Процессор содержал
5,5 млн. транзисторов ядра, и 15,5 млн. транзисторов для вторичного кэша объемом 256 Кб. Первый процессор с частотой 150 МГц появился в начале 1995 года (технология 0,6 мкм), а уже в конце года появились процессоры с частотой 166, 180, 200 МГц (технология 0,35 мкм), у которых кэш достигал 512 Кб.

После долгих обещаний в начале 1997 года появились процессоры Pentium MMX. Расширение ММХ предполагает параллельную обработку группы операндов одной инструкцией. Технология ММХ призвана ускорять выполнение мультимедийных приложений, в частности операции с изображениями и обработку сигналов. Ее эффективность вызывает споры в среде разработчиков, поскольку выигрыш в самих операциях обработки компенсируется проигрышем на дополнительных операциях упаковки-распаковки. Кроме того, ограниченная разрядность ставит под сомнение применение ММХ в декодерах MPEG-2, в которых требуется
обработка 80-битных операндов. Кроме расширения ММХ эти процессоры, по сравнению с обычным Pentium, имеют удвоенный объем первичного кэша, и некоторые элементы архитектуры, позаимствованные у Pentium Pro, что повышает производительность процессора Pentium ММХ и на обычных приложениях. Процессоры Pentium ММХ имеют 4,5 млн. транзисторов и выполнены по технологии – 0,35 мкм. По состоянию на июнь 1997 года имеются процессоры с тактовыми частотами:
166, 200 и 233 МГц.

Технология ММХ была соединена с архитектурой Pentium Pro – и в мае 1997 года появился процессор Pentium II. Он представляет собой слегка урезанный вариант ядра Pentium Pro с более высокой внутренней тактовой частотой, в которое внесли поддержку ММХ. Трудности размещения вторичного кэша в одном корпусе с процессором преодолели нехитрым способом – кристалл с ядром процессора и набор кристаллов статической памяти и дополнительных схем, реализующих вторичный кэш, разместили на небольшой печатной плате-картридже. Все кристаллы закрыты общей специальной крышкой и охлаждаются специальным вентилятором. Тактовые частоты ядра – 233, 266 и 300 МГц.

Конечно же, перечисленным моделями не исчерпывается весь мировой ассортимент микропроцессоров. Это только представители семейства процессоров, имеющих обобщенное название х86. Ряд фирм (DEC, Motorola, Texas Instruments и другие) имеют разработки, существенно отличающиеся от данного семейства; есть другие классы процессоров и у Intel. Среди них есть гораздо более мощные процессоры относящиеся, к таким классам как RISC, так и CISC архитектуру.
Однако процессоры Pentium особенно с поддержкой ММХ, имеют самую сложную в мире систему команд.

Процессоры, совместимые с семейством х86, выпускаются не только фирмой Intel. Традиционный конкурент – AMD – выпускает совместимые процессоры обычного несколько позже, но заметно дешевле, иногда по ряду технических свойств они даже опережают аналогичные процессоры Intel. Фирма Cyrix славится своими быстрыми сопроцессорами.

7 июня 1998 компания Intel представила процессор Celeron
с тактовой частотой 300 МГц и снизила цену на ранее выпускавшуюся модель 266 МГц. Компания, однако, предпочитает не афишировать, что эти частоты – далеко не предел возможностей Celeron, и безо всяких переделок процессор способен на нечто большее.

Ядро Celeron изготовляется по последней 0,25 микронной технологии и имеет кодовое название Deschutes. Оно такое же, как
у процессоров Pentium II, предназначенных для работы на частотах
333, 350 и 400 МГц (в младших моделях Pentium II используется ядро Klamath с 0,35 микронной технологией).

25 июля 1998 корпорация Microsoft выпускает Windows 98 – последнюю версию Windows на базе старого ядра, функционирующего на фундаменте DOS. Система Windows 98 интегрирована с интернет-браузером Internet Explorer 4 и совместима с многочисленными – от USB до спецификаций управления энергопотреблением ACPI. Последующие версии Windows для рядового пользователя будут построены
на базе ядра NT.

6 октября 1998 года корпорация Intel анонсировала самую быстродействующую версию процессора Pentium® II Xeon™ с тактовой частотой 450 МГц, предназначенную для двухпроцессорных (двухканальных) серверов и рабочих станций. Новая модель на 450 МГц обеспечивает наивысший в отрасли уровень производительности благодаря увеличенной емкости и быстродействию кэш-памяти 2-го уровня (L2), возможности установки нескольких процессоров, а также наличию системной шины, работающей на частоте 100 МГц.

Сочетание высокой производительности процессора Pentium II Xeon с системной масштабируемостью выводит показатель соотношения "производительность/цена" на уровень, не имеющий аналогов на рынке двухканальных серверов и рабочих станций. Набор микросхем 440GX AGPset для серверов и рабочих станций, обеспечивающий возможность установки одного или двух процессоров, поддерживает до 2 Гб системной памяти и быструю графическую шину AGP [13,14].

2.2. Память компьютера. Единицы измерения памяти.
Виды памяти

Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов – битов, которые организуются в более крупные образования – ячейки памяти и регистры.

Каждая ячейка памяти (регистр) имеет свой адрес, однозначно идентифицирующий ее в определенной системе координат. Минимальной адресуемой (пересылаемой между компонентами компьютера) единицей информации является байт, состоящий, как правило, из 8 битов. Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом.

Байты могут объединяться в ячейки, которые также называются словами. Два байта со смежными адресами образуют слово (word) разрядностью 16 битов, два смежных слова образуют двойное слово (double word) разрядностью 32 бита, два смежных двойных слова образуют учетверенное слово (quad word) разрядностью 64 бита.

Для каждого компьютера характерна определенная длина слова – два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово).

Как правило, в машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда. Однако допускаются переменные форматы представления информации.

Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации.

Разбиение памяти для четырехбайтовых компьютеров представлено в таблице 3:

Таблица 3: Разбиение памяти для четырехбайтовых компьютеров.

Байт 0	Байт 1	Байт 2	Байт 3	Байт 4	Байт 5	Байт 6	Байт 7
полуслово	полуслово	полуслово	полуслово
слово	слово
двойное слово

Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти: килобайт, мегабайт, гигабайт:

1 Кбайт = 1024 байт = 210 байт

1 Мбайт = 1024 Кбайт = 220 байт

1 Гигабайт = 1024 Мбайт = 230 байт

1 Терабайт (1 Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт

1 Петабайт (1Пбайт)= 1024 байт = 250 байт

Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объему хранимой информации и стоимости хранения одинакового объема информации.
Различают два основных вида памяти: внутреннюю и внешнюю.

2.3. Внутренняя память (ОЗУ, ПЗУ, КЭШ, СMOS RAM,
Flash Memory). Видеопамять

Все устройства компьютера производят определенную работу
с информацией (данными и программами). А как же представляется
в компьютере сама информация? Для ответа на этот вопрос «заглянем» внутрь машинной памяти.

Структуру внутренней памяти компьютера можно условно изобразить так, как показано на рисунке 6:

Рис. 6. Структура внутренней памяти компьютера.

Наименьший элемент памяти компьютера называется битом памяти. На рисунке выше каждая клетка изображает бит.

В каждом бите памяти может храниться в данный момент одно
из двух значений: 0 или 1. Использование двух знаков
для представления информации называется двоичным кодированием.

Данные и программы в памяти компьютера хранятся в виде двоичного кода.

Один символ двухсимвольного алфавита несет 1 бит информации.

В одном бите памяти содержится один бит информации.

Битовая структура определяет первое свойство внутренней памяти компьютера – дискретность. Дискретные объекты составлены
из отдельных частиц. Например, песок дискретен, так как состоит
из песчинок. «Песчинками» компьютерной памяти являются биты.

Второе свойство внутренней памяти компьютера – адресуемость. Восемь расположенных подряд битов памяти образуют байт. Вы знаете, что слово «байт» также обозначает единицу количества информации, равную восьми битам. Следовательно, в одном байте памяти хранится один байт информации.

Во внутренней памяти компьютера все байты пронумерованы. Нумерация начинается с нуля.

Порядковый номер байта называется его адресом.

Принцип адресуемости означает, что: запись информации в память, а также чтение ее из памяти производится по адресам.

Память можно представить как многоквартирный дом, в котором каждая квартира – это байт, а номер квартиры – адрес. Для того чтобы почта дошла по назначению, необходимо указать правильный адрес. Именно так, по адресам, обращается процессор к внутренней памяти компьютера.

В состав внутренней памяти входят: оперативная память, кэш-память и специальная память.

Оперативная память (ОЗУ, англ.: RAM, Random Access Memory – память с произвольным доступом) – это быстрое запоминающее устройство не очень большого объема, непосредственно связанное
с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Термин «произвольный доступ» означает, что можно считать (записать) информацию в любой момент времени из любого
(в любой) элемент памяти.

Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, т. к. когда машина выключается, то всё, что находится в ОЗУ пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой – это значит, что, как уже было сказано, каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

Кэш (англ.: cash), или сверхоперативная память – очень быстрое запоминающее устройство небольшого объема, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Кэш-памятью управляет специальное устройство – контроллер, который анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и «подкачивает» их в кэш-память. При этом возможны как «попадания», так и «промахи». В случае попадания, т. е. если подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти.

Специальная память – к ней относятся:

1) постоянная память ПЗУ (или англ.: ROM);

2) перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory);

3) память CMOS–RAM, питаемая от батарейки оперативная память, предназначенная для того, чтобы помнить настройки BIOS (дату, время и т. п.) иначе ее можно было бы назвать памятью системных установок (конфигурации);

4) видеопамять и некоторые другие виды памяти.

Заметим, что сокращение CMOS (Complement Metal Oxide Semiconductor – переводится как: комплементарные пары метал-оксид-полупроводник, отечественная аббревиатура – КМОП) – указывает
на технологию изготовления данного вида памяти, а не на ее функциональное назначение.

В специальной микросхеме CMOS, BIOS хранит конфигурацию вашего оборудования. Эта специальная микросхема, является, по сути, оперативной памятью малого размера. Но так как после отключения питания оперативная память теряет данные, то эта специальная микросхема имеет свой источник питания – маленькую батарейку, которая позволяет сохранять данные записанные на этой микросхеме.

Постоянная память (ПЗУ, англ: ROM, Read Only Memory – память только для чтения) – энергонезависимая память, которая используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом «зашивается»
в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого.

Прежде всего, в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.

Для хранения графической информации используется видеопамять. Видеопамять — это электронная память, размещенная на видеокарте (графическом адаптере). Она используется, как правило, в качестве буфера для хранения кадров динамического изображения, иначе говоря:

Видеопамять (VRAM) – разновидность оперативного запоминающего устройства, в котором хранятся закодированные изображения.
Это запоминающее устройство организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам: процессору и дисплею.
Поэтому изображение на экране меняется одновременно
с обновлением видеоданных в памяти.

2.4. Понятие BIOS. Внешняя память (накопители на жестких дисках, на гибких магнитных дисках, на компакт-дисках
CD-ROM; CD-R;СD-RW; флэш-диски). Магнитное кодирование

Понятие BIOS

Важнейшая микросхема постоянной или Flash–памяти – модуль BIOS.

BIOS (Basic Input/Output System) – базовая система ввода-вывода – совокупность программ, предназначенных для:

1) автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера;

2) загрузки операционной системы в оперативную память
(в зависимости от установок SETUP: с диска А или с диска С).

BIOS – является связующей частью между аппаратной частью вашего компьютера («железо») и программной (операционная система).

Вы наверняка заметили, что когда вы включаете компьютер, то далеко не сразу загружается операционная система. Сначала на мониторе появляются какие-то фразы, он иногда моргает, а ещё что-то пищит. Плюс ко всему, вы не задумывались, как компьютер помнит все настройки (дата, время и прочее) даже после полного отключения питания? А происходит вот что.

Сразу после включения компьютера происходит загрузка BIOS (загружаются некоторые микропрограммы), которая хранится
в микросхеме ROM - Read Only Memory (память только для чтения).
Не путать с оперативной памятью! В отличие от оперативной памяти, которая если её обесточить теряет все данные, эта хранит информацию даже при отсутствии напряжения. Сейчас вместо ROM используется Flash память (перезаписываемая), что позволяет обновлять версию BIOS.

Так вот, когда BIOS загрузилась происходит начальная проверка оборудования POST - Power-On Self Test, точнее эту проверку и проводит BIOS. Если при проверке были выявлены какие-то проблемы, то на экран будет выведено соответствующее сообщение об ошибке и будет подан соответствующий звуковой сигнал (по количеству сигналов можно определить в каком компоненте вашего ПК была обнаружена проблема). Если всё в порядке издаётся одиночный звуковой сигнал.

Далее, если POST прошёл успешно, то на носителях (жёстком диске, флеш-карте, компакт-диске) выполняется поиск MBR – загрузчика операционной системы и затем управление компьютером передаётся вашей операционной системе.

Но наиболее интересной штукой для пользователя является
BIOS Setup – одна из микропрограмм BIOS, позволяющая настроить некоторые параметры загрузки компьютера.

Поясним ещё раз: BIOS раскладывает до примитивных операций все команды, относящиеся к вводу или выводу данных из компьютера.

Например, дисковод понимает только команды вида: поместить головку дисковода на определенную дорожку, считать сектор и т. п.

Если каждая программа будет содержать в себе команды такого уровня, то она будет не эффективно работать и занимать много места.
BIOS – программа системная, далее скажем о ней, когда будем говорить
о программном обеспечении.