Архитектура компьютера

В основу архитектуры современных компьютеров положен магистрально-модульный принцип построения. Модульный принцип позволяем пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию и производить при необходимости, модернизацию. Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины (рис.2): шину данных, шину адреса и шину управления.

Шина данных. По этой шине данные передаются между устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены в оперативную память, или в устройство вывода. Данные могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность ШД определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает аз такт. Варианты разрядности представлены на рис.2.

Шина адреса. Выбор устройств или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка памяти имеют свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к памяти или устройству.

Разрядность шины данных определяет размер адресного поля процессора. Количество адресуемых ячеек памяти определяется выражением:

N = 2^I

где I – разрядность ША.

Для 32-разрядного компьютера адресное пространство составляет:

N = 2³² = 4 294 967 296 = 4 Гбайт

Шина данных (8,16, 32, 64 бит)

Шина адреса (16, 20, 24, 32 бит) МАГИСТРАЛЬ

Шина управления

Рис. 2.Магистрально-модульное устройство компьютера.

Шина управления. По шине управления передаются управляющие сигналы, которые определяют, какую операцию нужно производить: записи или считывания информации, синхронизации обмена между устройствами и т.д.

Процессор. Важнейшей характеристикой процессора, определяющей его быстродействие, является его частота, т.е. количество операций в секунду. Частота современных компьютеров измеряется в ГГц.

Другой важной характеристикой является производительность процессора. Это интегральная характеристика – зависит от частоты, разрядности и архитектурных особенностей процессора. Производительность определяется в процессе тестирования по скорости определенных операций.

Оперативная (основная) память.Входит в состав электронной памяти.

Электронная памятьприменяется практически во всех современных ВС и делится на следующие виды:

Оперативная (основная) память (Main Memory) используется для обмена информацией между процессором, внешней памятью (постоянной или долговременной) и УВВ. Этот вид памяти называют RAM (Random Access Memory) – память с произвольным доступом или в русской интерпретации ее называют ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.

КЭШ-память (Cache Memory) – сверхоперативная память (СОЗУ), является буфером между ОЗУ и процессором. КЭШ хранит копии блоков данных тех областей ОЗУ, к которым происходили последние обращения, и весьма вероятное последующее обращение к тем же данным будет обслужено быстрее.

Полупостоянная память. Используется для хранения информации о конфигурации ВС, а так же системных даты и времени. Сохранность данных обеспечивается внутренним источником питания – аккумулятором.

Системный блок.

Системный блок – самый главный блок компьютера. К нему подключаются все остальные блоки, называемые внешними или периферийными устройствами.

В системном блоке находятся основные электронные компоненты компьютера. ПК построен на основе СБИС (сверхбольших интегральных схем), и почти все они находятся внутри системного блока, на специальных платах.

Плата - пластмассовая пластина, на которой закреплены и соединены между собой электронные компоненты - СБИСы, микросхемы и др. Самой важной платой компьютера является системная плата. На ней находятся центральный процессор, сопроцессор, оперативное запоминающее устройство – ОЗУ и разъемы для подключения плат-контроллеров внешних устройств.

В системном блоке размещаются:

· блок питания;

· системная плата (материнская плата);

· магистраль (системная шина);

· процессор;

· звуковая карта;

· видеокарта (графическая карта);

· накопители на жёстких магнитных дисках;

· накопители на гибких магнитных дисках;

· оптические, магнитооптические и пр. накопители;

· накопитель CD-ROM, DVD-ROM.

Блок питания - устройство, преобразующее переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и внутренних устройств. Блок питания содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока.

Системная (Материнская) плата — это комплекс различных устройств поддерживающий работу системы в целом. Обязательными атрибутами материнской платы являются базовый процессор, оперативная память, системный BIOS, контролер клавиатуры, разъемы расширения. На рис. 3 представлена логическая схема системной платы.

Магистраль (системная шина) - это группа электрических каналов, передающая до 32 двоичных цифр (битов) за один раз. Процессоры, типа фирмы Intel и ее конкурентов, способны обрабатывать все 32 двоичные цифры одновременно, поэтому они и называются 32-битные процессоры.

Центральный процессор (ЦПУ, CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.