Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера, их назначение и взаимосвязь.

Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера, их назначение и взаимосвязь.

Общая схема современного компьютера была предложена выдающимся американским математиком венгерского происхождения Джоном фон Нейманом в июне 1945 г. По этой схеме компьютер состоит из двух основных частей: центрального процессора (ЦП) и памяти. Память хранит информацию, а ЦП выполняет ее обработку. Революционность идеи фон Неймана состоит в том, чтобы хранить в памяти не только данные, но и способы их обработки для получения из исходных данных того или иного результата. Для осуществления обмена информацией между человеком и компьютером в схему добавлены периферийные устройства - ввода/вывода.

Кроме того, в современных компьютерах используются так называемые накопители- устройства, предназначенные для постоянного хранения (накопления) данных и программ, необходимых для работы компьютера, и обмена этой информацией между накопителями и оперативной памятью компьютера. Накопители бывают на жестких магнитных дисках (винчестерах) и гибких магнитных дисках (дискетах). Такие накопители называют дисковыми, но бывают и другие виды накопителей.

Процессор, память и накопители на жестких и гибких магнитных дисках составляют системный блок современного ПК.

Необходимыми периферийными устройствами являются:

Клавиатура-устройство ввода;

манипулятор типа мышь - вспомогательное устройство ввода;

дисплей (монитор) - необходимое устройство вывода.

Одной из плодотворных идей, положенных в основу ПК, является принцип открытой архитектуры. Согласно этой концепции компьютер не является единым неразъемным устройством, а имеется возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. На основной электронной плате (системной) размещены только те блоки, которые осуществляют вычисления. Схемы, управляющие всеми остальными устройствами ПК (монитором, дисками, принтером и т.д.), реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы (слоты) на системной плате. Электропитание ко всем схемам подводится из единого блока питания. А для удобства и надежности все это заключается в общий металлический или пластиковый корпус. В таком случае каждый пользователь может самостоятельно формировать конфигурацию своего компьютера по своему усмотрению. Т.е., в зависимости от потребности пользователь может подключить к системной шине различные устройства: модем, звуковую плату, клавиатуру электромузыкального инструмента и т.п. Кроме того, имеющийся компьютер легко модернизировать, например, путем замены винчестера на жесткий диск большего объема, замены процессора, увеличения объема оперативной памяти и т.д.

Наглядное представление об устройстве компьютера и взаимодействии отдельных компонентов проще всего получить, глядя на блок-схему. На протяжении многих лет использовался классический вариант взаимодействия, показанный на рис. 1. Так, в частности, функционируют имеющиеся до сих пор у многих пользователей компьютеры на основе процессоров Pentium 4 Socket 478, Athlon XP и им подобных. Единственное, шина ISA — атрибут достаточно старых моделей.

На блок-схеме 1 показаны только устройства, находящиеся в системном блоке, серым цветом отмечены компоненты, являющиеся частью материнской (основной) платы компьютера.

Чтобы синхронизировать работу всех частей компьютера, обмен данными между ними осуществляется с фиксированными частотами — по тактам. Так, системная шина компьютера может функционирует на частоте 66, 100, 133, 166, 200, 266, 333, 400 МГц (имеется в виду именно физическое значение частоты, а не скорость передачи данных), одна из этих же частот используется и при обмене с памятью. Шина PCI в штатном режиме работает на частоте 33 МГц, а AGP — на частоте 66 МГц.

Все эти частоты жестко связаны друг с другом. Проиллюстрируем это на примере. Пусть частота системной шины равна 133 МГц. При использовании оптимальной с точки зрения производительности оперативной памяти, частота шины памяти будет равна частоте системной шины. При этом частота шины PCI будет равна 1/4 от частоты системной шины, а частота шины AGP — 1/2 от частоты системной шины.

На других частотах системной шины делители будут, естественно, другими.

Во многих старых чипсетах эти частоты задавались одним-единственным тактовым генератором, а нужное значение получалось с помощью программируемых делителей. Таким образом, если повысить (или понизить) частоту системной шины, соответствующим образом изменялись и все остальные частоты. В современных разработках вместо одного тактового генератора используется несколько. Первый, к примеру, задает частоту системный шины и шины памяти, а второй — частоты шин PCI и AGP. Такое решение существенно облегчает разгон компьютера, позволяя при любых значениях частот системной шины и шины памяти сохранять штатные частоты шин PCI, AGP или PCI Express.

Многие компоненты способны передавать по шине за такт не одно значение, а два (процессоры AMD Athlon XP и Duron, память DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM), или даже четыре (процессоры Intel Pentium 4 и последующие, а также бюджетные модификации на их основе). Таким образом, скажем, для процессора Pentium 4 при физической частоте системной шины 133 МГц скорость обмена данными будет составлять 533 МГц. Кстати говоря, скорость обмена данными по той или иной шине часто называют эффективной частотой этой шины.

На рис. 2 приведена функциональная блок-схема компьютера на основе процессоров Intel для Socket 775 (последние модификации Pentium 4 и Celeron, Pentium D, семейство Core 2 и им подобные). Как видите, изменилось не многое: окончательно ушла в прошлое шина ISA, появилась новая высокоскоростная шина PCI Express. Видеокарта (или видеокарты, если их несколько) тоже использует эту шину. Жесткие диски приводы оптических дисков нынче рекомендуется подключать к шине SATA (Serial ATA), хотя в некоторых чипсетах сохранился и интерфейс IDE.

Гораздо интереснее посмотреть на функциональную блок-схему при использовании процессоров AMD, начиная с Athlon 64 и Sempron на их основе, а также Intel Core i7 (рис. 3). Основное отличие — контроллер памяти интегрирован непосредственно в процессор. Как следствие, оперативная память подключается к нему напрямую, минуя чипсет.

Рис. 2 Функциональная схема работы современного компьютера с контролером памяти в чипсете

Рис. 3 Функциональная схема работы современного компьютера с интегрированным в процессор контроллером памяти

Рис. 1 Классическая функциональная схема компьютера

Дата добавления: 2015-09-30