Билет №1

1. Архитектура ibm pc

- набор и реализация стандартов на один из вариантов электронного Компьютера, использует архитектуру Фон-неймана. Наиболее распространено на сегодняшний день среди компьютеров вообще. Основой для оригинальных разработок фирмы IBM были центральные процессоры фирмы Intel - Intel 8088 и Intel 8086. Одной из основных оригинальных идей архитектуры была ее открытость. Доступность спецификации стандартной системной шины ISA позволяло третьим фирмам производить комплектующий - платы расширения. В конце концов эта возможность вознесла Архитектуру IBM PC на вершину популярности.

IBM PC-совместимые компьютеры построены на базе микропроцессоров, совместимых с 8086. Как правило, в клонах соблюдаются оригинальные адреса ряда устройств, таких как COM (RS-232) и LPT-порт.

Для IBM PC-совместимых десктопов характерна расширяемость — разнообразные устройства могут быть подключены через шины расширения (ISA, PCI, AGP и др.). Процессор и ОЗУ

практически всегда являются сменными.

МП имеет сложную структуру в виде электронных логических схем. В качестве его компонент можно выделить:

A). АЛУ - арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций над данными и адресами памяти;

Б). Регистры или микропроцессорная память — сверхоперативная память, работающая со скоростью процессора, АЛУ работает именно с ними;

B). УУ - устройство управления - управление работой всех узлов МП посредством выработки и передачи другим его компонентам управляющих импульсов, поступающих от кварцевого тактового генератора, который при включении ПК начинает вибрировать с постоянной частотой (100 МГц, 200-400 МГц). Эти колебания и задают темп работы всей системной платы;

Г). СПр - система прерываний - специальный регистр, описывающий состояние МП, позволяющий прерывать работу МП в любой момент времени для немедленной обработки некоторого поступившего запроса, или постановки его в очередь; после обработки запроса СПр обеспечивает восстановление прерванного процесса;

Д). Устройство управления общей шиной — интерфейсная система.

Для расширения возможностей ПК и повышения функциональных характеристик микропроцессора дополнительно может поставляться математический сопроцессор, служащий для расширения набора команд МП. Например, математический сопроцессор IBM-совместимых ПК расширяет возможности МП для вычислений с плавающей точкой; сопроцессор в локальных сетях (LAN-процессор) расширяет функции МП в локальных сетях.

Характеристики процессора:

быстродействие (производительность, тактовая частота) — количество операций, выполняемых в секунду.

разрядность — максимальное количество разрядов двоичного числа, над которыми одновременно может выполняться машинная операция.

Шинная архитектура IBM PC.

   Успех персонального компьютера IBM PC был обусловлен в большой степени его открытой архитектурой, позволяющей, с одной стороны, расширять функциональные возможности машины, добавляя новые модули (дополнительную память. адаптеры внешних устройств и т.п.), а с другой стороны, гарантирующей широкому кругу пользователей и производителей оборудования работоспособность выпускаемых ими устройств на любом IBM-совместимом компьютере. Такую возможность предоставляет так называемая шинная архитектура компьютера. Шина представляет собой набор общих для всех компонентов компьютера проводников с фиксированным назначением сигналов.    Упрощенное представление шины компьютера показано на рис.1.

Рис.1. Упрощенное представление шины компьютера.

   Унифицированная система соединений позволяет любому компоненту (и, что особенно важно, новому компоненту) взаимодействовать с любым другим компонентом. Новые компоненты соединяются с шиной через слоты (разъемы) расширения. Первая шина, разработанная IBM была 8-ми разрядной, т.е. по ней за один цикл передавались 8 двоичных разрядов (или один байт) данных. Позднее IBM и другие производители выпустили новые РС с другими конфигурациями шин. До сих пор наиболее популярной остается шина промышленной стандартной архитектуры (Industry Standard Architecture - ISA), разработанная фирмой IBM для персонального компьютера IBM PC/AT (поэтому эту шину часто называют AT-bus). ISA имеет 16-битовую шину данных, тактовую частоту 8 МГц и рассчитана на 98-контактный слот расширения. С появлением современных быстродействующих 32-х и 64-разрядных процессоров и скоростных жестких дисков стандартная шина стала "узким местом", ограничивающим производительность ЭВМ. Были разработаны 32-разрядные шины (MicroChannel Architecture - MCA, применяемая в IBM PS/2, и Extended Industry Standard Architecture - EISA). Однако, с появлением так называемых локальных шин, вопрос о конфигурации основной шины ввода/вывода потерял свою остроту, поскольку процессор и системная память смогли "общаться" с дисплейными адаптерами и контроллерами дисков с высокой скоростью на основной частоте синхронизации системы (обычно 25 или 33 Мгц) с разрядностью передаваемых одновременно данных, равной разрядности процессора. На основной шине остались относительно медленные устройства ввода/вывода, например, модемы, мышь, принтеры, звуковые платы и т.п.    Как говорилось выше, шины компьютера предназначены для подключения адаптеров внешних устройств. Такими устройствами могут быть, например, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, с помощью которых можно превратить ЭВМ в систему обработки аналоговых сигналов или систему управления неким внешним объектом. Однако, если не требуется высокая скорость ввода/вывода сигналов, то вовсе не обязательно разрабатывать адаптер, подключаемый к одной из шин компьютера. Задача решается гораздо проще, если подключить нужное устройство к одному из так называемых портов компьютера: параллельному или последовательному (как следует из названия, они различаются способами передачи цифровых данных: параллельно - 8 бит сразу, или последовательно - по одному биту друг за другом).

Рис. 2. Структура компьютера с локальной шиной.

Шина данных

— это основная шина, ради которой и создается вся система. Количество ее разрядов (линий связи) определяет скорость и эффективность информационного обмена, а также максимально возможное количество команд. Шина данных всегда двунаправленная, так как предполагает передачу информации в обоих направлениях. Наиболее часто встречающийся тип выходного каскада для линий этой шины — выход с тремя состояниями.

Обычно шина данных имеет 8, 16, 32 или 64 разряда. Понятно, что за один цикл обмена по 64-разрядной шине может передаваться 8 байт информации, а по 8-разрядной — только один байт. Разрядность шины данных определяет и разрядность всей магистрали. Например, когда говорят о 32-разрядной системной магистрали, подразумевается, что она имеет 32-разрядную шину данных.

Шина адреса

— вторая по важности шина, которая определяет максимально возможную сложность микропроцессорной системы, то есть допустимый объем памяти и, следовательно, максимально возможный размер программы и максимально возможный объем запоминаемых данных. Количество адресов, обеспечиваемых шиной адреса, определяется как 2 в N-й ст, где N — количество разрядов. Например, 16-разрядная шина адреса обеспечивает 65536 адресов. Разрядность шины адреса обычно кратна 4 и может достигать 32 и даже 64. Шина адреса может быть однонаправленной (когда магистралью всегда управляет только процессор) или двунаправленной (когда процессор может временно передавать управление магистралью другому устройству, например контроллеру ПДП).  

Шина управления

— это вспомогательная шина, управляющие сигналы на которой определяют тип текущего цикла и фиксируют моменты времени, соответствующие разным частям или стадиям цикла. Кроме того, управляющие сигналы обеспечивают согласование работы процессора (или другого хозяина магистрали, задатчика, master) с работой памяти или устройства ввода/вывода (устройства-исполнителя, slave). Управляющие сигналы также обслуживают запрос и предоставление прерываний, запрос и предоставление прямого доступа.

Контроллер

- обеспечивает сопряжение внешнего устройства и системной платы. Контроллеры бывают либо интегрированными (встроенными) в материнскую плату(контроллер клавиатуры, жесткого диска и т.д.), либо выполняются в виде отдельной платы, вставляющейся в разъем на МП, в этом случае контроллер называют адаптером (видеоадаптер, сетевой адаптер и т.д.).

Контроллер прерываний (англ. Programmable Interrupt Controller, PIC) 

— микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств. (ВИКИ) Как правило представляет собой электронное устройство, иногда выполненное как часть самого процессора или же сложных микросхем его обрамления, входы которого присоединены электрически к соответствующим выходам различных устройств. Номер входа контроллера прерываний обозначается «IRQ». Следует отличать этот номер от приоритета прерывания, а также от номера входа в таблицу векторов прерываний (INT). Так, например, в IBM PC в реальном режиме работы (в этом режиме работает MS-DOS) процессора прерывание от стандартной клавиатуры использует IRQ 1 и INT 9.

В первоначальной платформе IBM PC используется очень простая схема прерываний. Контроллер прерываний представляет из себя простой счётчик, который либо последовательно перебирает сигналы разных устройств, либо сбрасывается на начало при нахождении нового прерывания. В первом случае устройства имеют равный приоритет, во втором устройства с меньшим (или большим при обратном счёте) обладают большим приоритетом^[1].