4 Функциональная и структурная организация компьютера
4.1 Архитектура и логическая структура пк
На рисунке 4.1 представлена функциональная схема ЭВМ, предложенная Дж. фон Нейманом.
Рисунок 4.1 - Функциональная схема ЭВМ
Архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой а взаимодействием основных ее функциональных узлов.
Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский матёматик Джон фон Нейман.
Компьютер – это техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных и программы их обработки, представленных в общем цифровом формате, автоматически осуществляет вычислительный процесс, заданный программой, и выдает результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.
ПК – это настольная и переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения. Персональным компьютером (ПК) может пользоваться один человек без помощи обслуживающего персонала. Взаимодействие с пользователем происходит через много сред, от алфавитно-цифрового или графического диалога с помощью дисплея, клавиатуры и мышки до устройств виртуальной реальности.
Достоинствами ПК являются:
Относительно невысокая стоимость.
Автономность эксплуатации, не требующая специальных помещений.
Гибкость архитектуры.
Высокая надежность.
Архитектура персонального ПК приведена на рисунке 4.2.
Рисунок 4.2– Составляющие архитектуры ПК
Архитектура ПК определяется принципами:
Принцип программного управления – для решения каждой задачи составляется программа, определяющая последовательность действий ПК;
Принцип программы, сохраняемой в памяти – команды программы представляются и обрабатываются как и числа и перед выполнением программа загружается в оперативную память, что ускоряет процесс её выполнения;
Принцип произвольного доступа к памяти - программы и данные записываются в произвольное место ОП, что позволяет обратиться по любому заданному адресу к требуемому участку памяти.
Магистрально-модульный принцип построения. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию (открытость архитектуры) и производить по необходимости ее модернизацию. Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами ПК. Принцип открытой архитектуры позволяет:
- выбрать конфигурацию компьютера;
- расширить конфигурацию;
-модернизировать конфигурацию.
Обобщенная логическая структура ЭВМ (рисунок 4.3).
Рисунок 4.3 – Логическая структура ЭВМ
Устройство управления (УУ) – формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления, обусловленные спецификой выполняемой операции; формирует адрес ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) в комплекте с математическим сопроцессором – предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.
Интерфейсная система – предназначена для сопряжения и связи с другими устройствами ПК. Включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и управления портами ввода-вывода(I/O port) и системной шиной.
Память персонального компьютера подразделяется на внутреннюю (микропроцессорная) и внешнюю (ПЗУ) (рисунок 4.4).
Рисунок 4.4 – Структура памяти ПК
Внешняя память используется для длительного хранения большого объема данных и программ.
Микропроцессорная память (МПП – энергозависимая память) – предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах для обеспечения быстродействия работы машины, т.к основная память – ОП – не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации из-за длины ячейки в 1 байт (регистр- быстродействующая ячейка памяти произвольной длины).
Кэш-память процессора различают по уровням.
L1 – кэш-память первого уровня. Конструктивно размещается на одном кристалле с процессором и имеет объем порядка нескольких десятков килобайт.
L2 – кэш-память второго уровня. Размещается на отдельном кристалле, но в границах процессора с объемом в сто и более килобайт.
L3 – кэш-память третьего уровня. Реализуется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате и имеет объемом один и более Мбайт.
Принцип однородности памяти заключается в том, что программы и данные хранятся в одной и той же памяти.