Архитектура ЭВМ

Содержание

• Введение
• Термины
• Основные принципы построения ЭВМ
• Основа компьютера
• Системная магистраль
• Виды системных шин
• Разрядность шины данных
• Режимы использования шины передачи данных
• Шина адресов

10. Шина управления

11. Подключение к магистрали

12. Контроллер

13. Драйвер

14. Быстродействие системы ПК

15. Северный мост

1 6 . AGP

17. Южный мост

1 8 . Подключение периферийного оборудования

Введение

• Архитектура современных персональных компьютеров (ПК) основана на магистрально-модульном принципе
• Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию.
• Магистральный (шинный) принцип - устройства компьютера соединяются между собой информационными магистралями (среди них особую роль играет системная магистраль)

Термины

• Архитектура - совокупность его устройств.
• Структура - способ взаимосвязи устройств друг с другом
• Модуль ПК - любое относительно самостоятельное устройство компьютера (процессор, оперативная память, контроллер, дисплей, принтер, сканер и т.д.)

Основные принципы построения ЭВМ

• Основные принципы построения ЭВМ  были сформулированы американским учёным Джоном фон Нейманом в 40-х годах 20 века:

1. Любую ЭВМ образуют три основные компоненты: процессор, память и устройства ввода-вывода (УВВ).

2. Информация, с которой работает ЭВМ делится на два типа:

набор команд по обработке (программы);

данные подлежащие обработке.

• набор команд по обработке (программы); данные подлежащие обработке.

3. И команды, и данные вводятся в память (ОЗУ) –  принцип хранимой программы .

4. Руководит обработкой процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и логические операции над данными.

5. С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ).

Основа компьютера

• Основу компьютера составляет находящаяся в системном блоке системная (материнская) плата , на которой размещены системные (центральные) устройства компьютера - процессор и оперативная память .

Процессор

Материнская плата

Оперативная память

Системная магистраль

• Системная магистраль или системная шина - это набор электронных линий, связывающих воедино центральные устройства (процессор, оперативная память) с периферийными устройствами (клавиатура, принтер, винчестер и т.д.) через устройства сопряжения (адаптеры, контроллеры).

Схема магистрально-модульного

принципа построения ПК

Виды системных шин

Системные шины

Шина данных

Шина адресов

Шина управления

Разрядность шины данных

• Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора , т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

Процессор

Режимы использования шины передачи данных

Основные режимы использования

шины передачи данных

запись/чтение данных

из оперативной памяти

и из внешних

запоминающих устройств

чтение данных с

устройств ввода

пересылка

данных

на устройства вывода

Шина данных является двунаправленной

Шина адресов

• Выбор абонента по обмену данными производит процессор , который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ - код адреса ячейки памяти.
• Код адреса передается по адресной шине , причем сигналы передаются в одном направлении, от процессора к устройствам, т.е. шина адресов однонаправленная .

Шина управления

• По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией

Подключение к магистрали

• Подключение устройств компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров , а на программном обеспечивается драйверами .

Контроллер

• 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 , отвечает лишь соответствующий контроллер. Поэтому внешние (периферийные) устройства ПК заменяемы, и набор таких модулей произволен.

Драйвер

• Драйвер – это программа, обеспечивающая взаимодействие операционной системы с соответствующим устройством вычислительной системы (драйвер клавиатуры, драйвер принтера и т.п.).
• Драйвер обрабатывает прерывания обслуживаемого устройства, поддерживает очередь запросов к нему и преобразует запросы в команды управления устройством .

Быстродействие системы ПК

• Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться.
• Для согласования быстродействия на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост).

Северный мост

• Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной шине.
• К северному мосту подключается шина PCI (Peripherial Component Interconnect bus - шина взаимодействия периферийных устройств ), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств.

Схема магистрально-модульного принципа построения ПК

AGP

Ранее в слот PCI устанавливалась и видеокарта. В настоящее время для подключения видеоплаты обычно используется специальная шина AGP (Accelerated Graphic Port - ускоренный графический порт), соединенная с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую , чем шина PCI.

Южный мост

• Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования .

Подключение периферийного оборудования

• Устройства хранения информации (жесткие диски, CD-ROM, DVD-ROM) подключаются к южному мосту по шине UDMA (Ultra Direct Memory Access - прямое подключение к памяти).
• Мышь и внешний модем подключаются к южному мосту с помощью последовательных портов, которые передают электрические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно один за другим. Обозначаются последовательные порты как СОМ1 и COM2 , а аппаратно реализуются с помощью 25-контактного и 9-контактного разъемов, которые выведены на заднюю панель системного блока.
• Принтер подключается к параллельному порту, который обеспечивает более высокую скорость передачи информации, чем последовательные порты, так как передает одновременно 8 электрических импульсов, несущих информацию в машинном коде. Обозначается параллельный порт как LPT , а аппаратно реализуется в виде 25-контактного разъема на задней панели системного блока.
• Для подключения сканеров и цифровых камер обычно используется порт USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина), который обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств.
• В настоящее время клавиатура подключается обычно с помощью порта PS/2 .