ВОПРОС 13. Общая структура (архитектура) ПК.

Архитектура персонального компьютера — компоновка его основных частей, таких как процессор, ОЗУ, видеоподсистема, дисковая система, периферийные устройства и устройства ввода-вывода.

Общая структура ПК

Структура компьютера - это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства - от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.
В основу архитектуры современного ПК положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию К-ра и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией м-у устройствами.
Магистраль включает в себя три многоразрядные шины, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключается процессор, оперативная память и ВУ, которые обмениваются информацией на машинном языке.
По ШД передаются данные м-у различными устройствами. Разрядность ШД определяется разрядностью процессора, т.е. кол-вом двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно.
Выбор устройства, или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по ШД, производит процессор. Каждое устройство или ячейка ОП имеет свой адрес. Адрес передается по ША, сигналы передаются в одном направлении – от процессора к ОЗУ и ВУ.
По ШУ передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию – считывание или запись информации из памяти – нужно производить, синхронизуют обмен информацией м-у устройствами и т.д.
Классическая схема – магистральный интерфейс. Магистральный интерфейс предусматривает:
Шина данных, Шина адреса, Шина управления, ОЗУ, Внешние устройства, Процессор.
Современную архитектуру компьютера определяют следующие принципы:
1) Принцип программного управления (программный режим). Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера. Эффективность программного управления будет выше при решении задачи этой же программой много раз (хотя и с разными начальными данными).
Достоинства:
- простота;
Недостатки:
- необходимость вставки программы обработки ВУ в тело основной программы;
- возможность задержки по обработке сигналов ВУ.
2) Принцип программы, сохраняемой в памяти. Согласно этому принципу, команды программы подаются, как и данные, в виде чисел и обрабатываются так же, как и числа, а сама программа перед выполнением загружается в оперативную память, что ускоряет процесс ее выполнения.
ВУ (контроллер) анализирует появление аппаратного сигнала прерывания в шине управления (IQR – вектор прерывания). При появлении прерывания процессор прекращает выполнение текущей команды (по ее окончании), сохраняет состояние всех своих регистров в стеке и переходит на пп обработки прерываний. Закончив обработку, возвращается в основную программу, предварительно загрузив регистры из стека.
Достоинства:
- быстрота реакций на внешние события;
- относительно простая логика обработки прерывания.
Недостатки:
- необходимость в соответствующих контроллерах.
3) Принцип произвольного доступа к памяти (прямой доступ к памяти). В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.
Предусматривает прямую связь м-у ОЗУ и ВУ, минуя процессор. Процессор на время работы режима ПДП с шинами не связан.
При ПДП сигнал запроса ПДП отключает процессор от магистральных шин, переводя его в режим ожидания или обработки внутренних регистров. Контроллер ПДП сам устанавливает адрес ячейки памяти, куда заносится информация из ВУ, и выставляет сигналы управления ВУ и ОЗУ. Данные идут напрямую в ОЗУ. Это, как правило, блочная передача.
Достоинства:
- высокая скорость обмена;
- распараллеливание работы процессора и обмена.
Недостатки:
- необходимость в соответствующих технических средствах.