1. Основні поняття - Архітектура комп'ютерів - Конспект лекцій

1. Основні поняття

1.1. Структура і принцип дії ЕОМ

план:

1.1. Структура і принцип дії ЕОМ

1.2. Основні типи ЕОМ

1.3. Загальні вимоги, що пред'являються до сучасних обчислювальних систем

1.4. Призначення і структура материнської плати

1.5. єднальна логіка

1.7. BIOS

Малюнок 1.1 Узагальнена структурна схема ЕОМ.

Комп'ютер - це універсальний (багатофункціональний) електронне автоматичне пристрій, призначений для накопичення, обробки і передачі інформації. Основні блоки комп'ютера: процесор, пам'ять, периферійні пристрої.

Під архітектурою комп'ютера розуміється його логічна організація, структура, ресурси, тобто кошти обчислювальної системи, які можуть бути виділені процесу обробки даних на певний інтервал часу. В основу архітектури сучасних персональних комп'ютерів покладено магістрально- модульний принцип.

Магістраль (системна шина) - це набір електронних ліній, що пов'язують центральний процесор, основну пам'ять і периферійні пристрої воєдино щодо передачі даних, службових сигналів та адресації пам'яті. Завдяки модульним принципом побудови споживач сам може комплектувати комп'ютер потрібної йому конфігурації і виробляти при необхідності її модернізацію.

Що дозволяє говорити про модульному принципі побудови комп'ютера? Конструктивно складові частини системного блоку і магістраль розташовуються на системній платі. На ній іноді бувають зосереджені всі необхідні для роботи комп'ютера елементи. Такі плати називаються Аll-ln-Оnе. Однак більша частина комп'ютерів має системні плати, які містять лише основні вузли, а елементи зв'язку, наприклад, з приводами накопичувачів, дисплеєм і іншими периферійними пристроями на ній відсутні. У такому випадку ці відсутні елементи розташовуються на окремих друкованих платах, які вставляються в спеціальні роз'єми розширення, передбачені для цього на системній платі. Ці додаткові плати називають дочірніми, а системну плату - материнської (motherboard).

Функціональні пристрої, виконані на дочірніх платах, часто називають контролерами або адаптерами, а самі дочірні плати - платами розширення. Таким чином, підключення окремих модулів комп'ютера до магістралі, що знаходиться безпосередньо на материнській платі, на фізичному рівні здійснюється за допомогою контролерів, а на програмному забезпечується драйверами.

Контролер приймає сигнал від процесора і дешифрує його, щоб відповідний пристрій змогло прийняти цей сигнал і правильно відреагувати на нього. За його виконання процесор не відповідає, відповідає лише відповідний контролер, тому периферійні пристрої комп'ютера замінні і набір таких модулів довільний. Велика частина периферійних пристроїв приєднується дуже просто - зовні, через роз'єми на корпусі системного блоку до виходів відповідних контролерів - портам (периферійні пристрої ще називаються зовнішніми, так як здійснюють зв'язок ЕОМ з "зовнішнім світом").

Модульна організація системи спирається на магістральний (шинний) принцип обміну інформацією. Процесор виконує арифметичні і логічні операції, взаємодіє з пам'яттю, управляє і погодить роботу периферійних пристроїв. Обмін інформацією між окремими пристроями комп'ютера проводиться по утворюючим магістраль трьом багаторозрядним шинам (многопроводним лініях зв'язку), що з'єднує всі модулі - шині даних, шині адрес, шині управління.

Розрядність шини визначається кількістю бітів інформації, переданих по шині паралельно. Дані по шині даних можуть передаватися від процесора до якого-небудь пристрою або навпаки, від пристрою до процесора, тобто шина даних є двобічної.

До основних режимів роботи процесора з використанням шини передачі даних можна віднести:

· Запис / читання даних з оперативної пам'яті (оперативний пристрій - ОЗП);

· Запис / читання даних із зовнішніх запам'ятовуючих пристроїв (ВЗП);

· Читання даних з пристроїв введення;

· Пересилання даних на пристрої виведення.

Вибір абонента з обміну даними виробляє процесор, формуючи код адреси даного пристрою, а для ОЗУ - код адреси комірки пам'яті. Код адреси передається по адресній шині, причому, сигнали по ній передаються в одному напрямку - від процесора до пристроїв (односпрямована шина). По шині управління передаються сигнали, що визначають характер обміну інформацією (введення / виведення), і сигнали, синхронізуючі взаємодія пристроїв, що беруть участь в обміні інформацією.

Проектування ЕОМ можна укрупнено розбити на три етапи:

1. Системне проектування (називається ще алгоритмическим, архітектурним) передбачає визначення структури та основних архітектурних характеристик ЕОМ, виходячи з вимог, сформульованих на основі аналізу розв'язуваної задачі, алгоритмів, що підлягають реалізації, заданої точності рішення задач і умов взаємодії із зовнішнім середовищем. Вирішується питання розподілу функцій апаратного, програмного і мікропрограмного забезпечення.

Основні архітектурні характеристики ЕОМ:

- система числення, кодування;

- форми подання чисел;

- довжина розрядної сітки;

- система команд (внутрішній мову ЕОМ - асемблер);

- ємність і структура пам'яті;

- способи адресації;

- бистродействіе- число коротких операцій за одиницю часу (за коротку, як правило, приймають операцію складання двох чисел);

- продуктивність на даному класі задач - обсяг виконаних обчислень за одиницю часу;

- схема обробки переривань;

- наявність механізмів ПДП;

- характеристики системного інтерфейсу;

- і т.д.

2. Функціонально-логічне проектування - розробка функціональної схеми ЕОМ, найкращим чином задовольняє основним характеристикам, отриманим на етапі системного проектування.

Розробка другого етапу є заключним етапом процесу створення архітектури ЕОМ. На цьому етапі фіксуються архітектурні характеристики розробленої ЕОМ.

3. технічне проектування - включає схемотехническое (схемотехніка, МП БІС) і Конструкторний-технічне (розбивка на вузли, блоки, розварювання плат, ...).

Архітектура ЕОМ не відображає проблем технічного проектування.

3