ВоПрОс 15

Магистрально-модульный принцип построения компьютера: магистраль, шина данных, шина

адреса, шина управления. Процессор и оперативная память.

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т. е.

средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на

определенный интервал времени. Архитектура современных ПК основана на магистрально-

модульном принципе.

Модульный принцип позволяет потребителю самому подобрать нужную ему конфигурацию

компьютера и производить при необходимости его модернизацию. Модульная организация

системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Магистраль или

системная шина — это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти,

передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.

Обмен информацией между отдельными устройствами ЭВМ производится по трем

многоразрядным шинам, соединяющим все модули, — шине данных, шине адресов и шине

управления.

Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне

осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами.

Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее

устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства

процессор не отвечает — что функция контроллера. Поэтому внешние устройства ЭВМ

заменяемы, и набор таких модулей произволен.

Разрядность шины данных задается разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных

разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в

обратную сторону, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы

процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение

данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с

устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса

данного устройства, а для ОЗУ — код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной

шине, причем сигналы передаются в одном направлении, от процессора к устройствам, т. е. эта

шина является однонаправленной.

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и

сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом

понимают совокупность различных характеристик какого-либо переферийного устройства ПК,

определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. В

случае несовместимости интерфейсов (например, интерфейс системной шины и интерфейс

винчестера) используют контроллеры.

Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным

процессором, в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний (Interrupts).

Система прерываний позволяет компьютеру приостановить текущее действие и переключиться н;

другие в ответ на поступивший запрос, например, на нажатие клавиши на клавиатуре. Ведь с

одной стороны, желательно, чтобы компьютер был занят возложенной на него работой, а с друго!

-- необходима его мгновенная реакция на любой требующий внимания запрос. Прерывания

обеспечивают немедленную реакцию системы.

Сегодня в основе ПК лежит открытая архитектура - то есть способ построения,

регламентирующий и стандартизирующий только описание принципа действия компьютера и егс

конфигурации, что позволяет собирать его из отдельных узлов и деталей, разработанных и

изготовленных независимыми фирмами-производителями. Принцип открытой архитектуры такж<

предусматривает наличие в компьютере внутренних слотов расширения. ПК легко расширяется и

модернизируется с использованием этих гнезд, к которым пользователь может подключатьразнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым

конфигурировать свою машину в соответствии с личными предпочтениями.

Для того чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь

одинаковый интерфейс (англ, interface от inter - между и face - лицо). Интерфейс - это средство

сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются

между собой. Если интерфейс является общепринятым, например, утвержденным на уровне

международных соглашений, то он называется стандартным.

Каждый из функциональных элементов, таких как память, монитор или другое устройство, связан

с шиной определенного типа - адресной, управляющей или шиной данных. Для согласования

интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои

контроллеры или адаптеры и порты, контроллеры и адаптеры представляют собой наборы

электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью достижения

совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме того, осуществляют непосредственное

управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общей шины,

представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания. Единая

система аппаратурных соединений значительно упростила структуру, сделав ее еще более

децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных

программ.

Ядро ПЭВМ образуют процессор и основная память (ОП), состоящая из оперативной памяти и

постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). ПЗУ предназначается для записи и постоянного

хранения наиболее часто используемых программ управления. Подключение всех внешних

устройств (ВнУ), дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и других обеспечивается через

соответствующие адаптеры - согласователи скоростей работы сопрягаемых устройств или

контроллеры - специальные устройства управления периферийной аппаратурой. Контроллеры в

ПЭВМ играют роль каналов ввода-вывода. В качестве особых устройств следует выделить таймер

- устройство измерения времени и контроллер прямого доступа к памяти (КПД) - устройство,

обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.

Способ формирования структуры ПЭВМ является достаточно логичным и естественным

стандартом для данного класса ЭВМ.

Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются

общим стандартом структур современных ЭВМ:

Модульность построения, магистральность, иерархия управления.

Модульность построения предполагает выделение в структуре ЭВМ достаточно автономных,

функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель

на жестком или гибком магнитном диске).

i

Рис. LL Магистрально-модульная структура простейшей вычислительной системы