3. Архитектура компьютеров, магистрально-модульный принцип

Архитектура - это общее описание структуры и функций ЭВМ на уровне, достаточном для понимания принципов работы и системы команд ЭВМ.

Наиболее распространены следующие архитектуры:

• Классическая архитектура (ниже рассмотрим подробнее)

• Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере несколько процессоров означает, что параллельно может быть организовано несколько потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи

Архитектура многопроцессорного компьютера

• Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко.

• Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

Рассмотрим классическую архитектуру компьютера.

В основу классической архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип, позволяющий комплектовать нужную конфигурацию компьютера и производить модернизацию.

М одуль - это функционально законченное устройство компьютера (системный блок, клавиатура, монитор и т.п.). Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через: магистраль.

Магистраль - это набор электронных линий, связывающих воедино оперативную память, процессор и периферийные устройства.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации.

Схема «Магистрально-модульное устройство компьютера»

Шина данных по ней данные передаются между различными устройствами любом направлении. Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно.

Шина адреса. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые имеют уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле: N — 2^I, где I — разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. N = 2³⁶ = 68 719 476 736 ,т.е. примерно 64 Гбайт.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую опера­цию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.