Лекция №6

Архитектура компьютера

Архитектура – принцип работы, логическая организация, структура, ресурсы, то есть средства вычислительной системы, которые могут быть выделены к процессу обработки данных на определённый момент времени.

Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе.

Модульный принцип позволяет пользователю самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и самому производить при необходимости его модернизацию также этот принцип носит название «принцип открытой архитектуры компьютера». Реализация этого принципа такова: на основной электронной плате размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие всеми другими устройствами компьютера, реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъёмы на системной плате. При таком подходе фирмы-разработчики компьютеров получили возможность разрабатывать различные дополнительные устройства, а пользователи отдельно модернизировать и расширять возможности ПК по своему усмотрению.

Подключение отдельных модулей компьютера на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает, это функция контроллера. Разрядность шины данных задаётся разрядностью процессора, то есть количеством разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, то есть шина данных является двунаправленной.

К основным режимам работы процессора с использованием шины данных можно отнести следующие:

· запись и чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств;

· чтение данных с устройств ввода;

· пересылка данных на устройства вывода.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ, код адреса ячейки памяти. Код адреса передаётся по адресной шине, причём сигналы передаются только в одном направлении от процессора к устройствам. Шина адреса однонаправлена.

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией и сигналы, синхронизирующие взаимодействия устройств, участвующих в обмене информацией. Внешние устройства подключаются к шинам посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. В случае несовместимости интерфейсов, используются контроллеры. Это устройства, которые связывают периферийные устройства с центральным процессором, освобождая его от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным процессором в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний. Она позволяет компьютеру приостанавливать текущее действие и переключаться на другие в ответно поступающий запрос. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения:

· классическая (архитектура Фон-Неймана). Одно АЛУ, через которое проходит поток данных, одно УУ, через которое проходит поток команд. Это однопроцессорный компьютер.

· Микропроцессорная архитектура. Структура такой машины имеет общую оперативную память и несколько процессоров. Наличие в ПК нескольких процессоров означает, что параллельно может организованно несколько потоков команд. Таким образом могут быть организованно много потоков данных и много потоков команд. Таким образом параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.

· Многомашинная вычислительная система. Несколько процессоров, входящих в вычислительную систему не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою, локальную. Каждый компьютер в этой системе имеет классическую архитектуру. Эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специфическую структуру. Они должны разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

·

В современных компьютерах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений.

Структура компьютера – совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства, основные логические узлы ПК и простейшие схемы. Структура ПК графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание ПК на любом уровне детализации.

Центральный процессор – основной рабочий компонент ПК, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств ПК. Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров.

Поиск по сайту: