Структура ЭВМ и назначение её элементов

Элементы и узлы ЭВМ.

Базовая структура ЭВМ основана на архитектуре PDP – 8, которая является развитием фон Неймановской архитектуры. Рассмотрим типичное устройство ЭВМ:

Таким образом, выделяются следующие основные структурные компоненты ЭВМ:

─ процессор - устройство, отвечающее за выполнение арифметических и логических операций и операций управления, записанных в машинном коде;

─ основную память - предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кеш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес;

─ системная шина - подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера;

─ периферийные устройства, диски, видеоконтроллеры и пр.

Управление вычислительным процессом осуществляет процессор (CPU – central processor unit – ЦПУ – центральное процессорное устройство). Основная память имеет линейно-адресную организацию. Адреса являются именами данных, которые используются в командах программ. Множество адресов используемых в командах образуют адресное пространство.

Шиной (магистралью) – называют совокупность линий передачи сигналов между устройствами к которым параллельно могут подключаться несколько блоков. По шине передаются управляющие сигналы данные и адреса, соответственно системная шина представляет собой три группы соединительных линий: шину адреса, шину данных и шину управления. Физически шина представляет собой печатные проводники соединяющие устройства.

Шина адреса служит для адресации ячеек памяти и регистров (портов) внешних устройств. Адрес по шине передается во все связанные с ней устройства. Все устройства содержат селектор адреса с помощью которого распознают собственный адрес. На обращение по шине реагирует только адресуемое устройство. Именно оно по сигналу от селектора адреса воспринимает управляющие сигналы передаваемые по шине управления и реализует соответствующие операции.

Информация по шине, как правило, передается в обе стороны. При обмене информацией активное устройство (чаще всего процессор) формирует код адреса, соответствующий ячейке памяти или номеру порта устройства.

По шине данных производится обмен данными между процессором и остальными устройствами.

Все управляющие сигналы передаются по шине управления в которой большинство линий однонаправленные, а некоторые двунаправленные. Управляющие сигналы передаются во все блоки ЭВМ, настраивая их на нужный режим работы.

Важной характеристикой ЭВМ является её производительность. Производительность зависит от множества факторов в которые входит быстродействие процессора, разрядность шин адреса и шины данных. Для роста производительности увеличивают количество элементов процессора, тактовые частоты процессора, используют кеши 1-го и 2-го уровней, увеличивают разрядность шин адреса и данных. Но более подробно об этих вопросах поговорим позже.

С развитием ЭВМ появлялись все новые модули, новые периферийные устройства, которые отличались быстродействием, объемом передаваемой информации и пр. Таким образом уместить все на одной системной шине не представляется возможным. Соответственно структура современных компьютеров значительно отличается от рассмотренной.

Рассмотрим структуру компьютера, построенного с использованием процессора Pentium фирмы Intel и чипсета i430FX PCIset фирмы Intel, известного под коммерческим названием Triton.

В компьютере используется магистрально-модульная организация. Поскольку участвующие в работе компьютера устройства имеют различную производительность, интенсивность информационных потоков на внешних выводах устройств различна. Поэтому с целью повысить эффективность использования аппаратных средств информационное взаимодействие между устройствами осуществляется не через одну шину (магистраль), а через систему шин с различной пропускной способностью: СШ (шину процессора), локальную (мезонинную) шину PCI (Peripherial Component Interconnect bus), шину медленных периферийных устройств ISA (Industrial Standard Architecture). Для СШ в литературе используют различные английские обозначения: Host Bus, FSB (Front Side Bus) и CPU (Central Processor Unit) Bus. В дальнейшем будем пользоваться термином «системная шина».

Структурная схема ПК содержит следующие блоки: процессор, ОП, буферные усилители данных ОП (приемопередатчики), внешнюю кэш-память, системный контроллер (иногда его называют «северный мост»), CD-ROM — устройство считывания информации с оптического диска, жесткий диск (винчестер), блок периферийных устройств на шине PCI, контроллер шин PCI, IDE, ISA (иногда его называют «южный мост»), блок периферийных устройств на шине ISA. Управление информационным обменом между блоками осуществляют две микросхемы чипсетов: системный контроллер и контроллер шин. Между собой эти микросхемы взаимодействуют по шине PCI.

Дата добавления: 2015-07-14