
Отчет
Архитектура ЭВМ – понятие, определяющее набор основных функциональных (аппаратных) блоков и подсистем ЭВМ и описание их взаимодействия, которое определяет логическую и структурную организацию компьютера.
С точки зрения программиста архитектуру ЭВМ рассматривают как совокупность
микроархитектуры, микрокода и архитектуры набора команд.
Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархическая система, описывающая с различной степенью детализации аппаратно-программные подсистемы ЭВМ.
Структурная схема ЭВМ
Средства и способы доступа к элементам структурной схемы ЭВМ
Организация и разрядность интерфейсов ЭВМ
Организация и способы адресации памяти
Способы представления и форматы данных ЭВМ
Набор машинных команд ЭВМ
Обработка прерываний
1. Уровень черного ящика
2. Уровень общей архитектуры
3. Уровень описания компонентов (ЦП)
4. Уровень детального описания компонентов (УУ)
Принципы Фон Неймана
Двоичное кодирование - для представления данных и команд используется двоичная система счисления
Принцип однородности памяти - как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными
Принцип адресности - структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка
Принцип последовательного программного управления (сейчас данные могут обрабатываться параллельно) - Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. При этом возможно реализовать переход к любому участку кода.
Принцип жесткости архитектуры (не используется)
Принцип открытой архитектуры
Блочно-модульная архитектура
Структурная схема ПК, назначение всех компонентов
ЦП, его основные характеристики
Центральный процессор – электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера. Можно сказать, что это программно управляемое устройство, которое предназначено для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки.
Микропроцессор выполняет следующие основные функции:
чтение и дешифраци команд из основной памяти;
чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;
прием и обработку запросов и команд от адаптеров обслуживание внешних устройств;
обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;
выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.
Материнская плата
Основным блоком ПК, определяющим его конфигурацию, является материнская плата.
Все устройства ПК подключаются к материнской плате с помощью разъемов расположенных на этой плате. Соединение всех устройств обеспечивается системой стандартизированных шин.
На материнской плате расположены микропроцессор, оперативная память, микросхема загрузочного ПЗУ, CMOS, чипсет, слоты расширения.
ПЗУ – постоянное запоминающее устройство. Микросхема ПЗУ используется для записи и постоянного хранения данных, необходимых, например, для внутреннего тестирования аппаратуры, программы настройки конфигурации ПК (BIOS).
BIOS (basic input/output system – «базовая система ввода-вывода») – встроенная неизменяемая программная оболочка для изоляции специфических особенностей аппаратной части ЭВМ от программ. BIOS производит инициализацию и тестирование контроллеров устройств расположенных на материнской плате или подключенных к ней, считывание настроек ПК, обеспечивает начальную загрузку и последующий запуск операционной системы.
Настройки BIOS (значения) и параметры конфигурации ПК хранятся в энергозависимой CMOS-памяти. Для обеспечения сохранности данных на этой микросхеме используют батарейку.
Внутренняя память
Регистры процессора – это сверхбыстрая память, находящаяся внутри процессора. Доступ к регистрам осуществляется не по адресам, как к основной памяти, а по именам. Регистры предназначены для хранения данных ограниченного размера и используются для вычислений и для связи процессора с «внешним миром». Часть регистров используется только процессором и недоступна для программистов или же доступна только при посредничестве операционной системы.
По назначению и способу использования регистры можно разбить на
следующие группы:
регистры общего назначения (РОН) – их можно использовать во всех арифметических и логических командах;
сегментные регистры используются только для сегментирования адресов;
счетчик команд всегда содержит адрес (смещение от начала программы) той команды, которая должна быть выполнена следующей;
регистр флагов. Флаг – это бит, принимающий значение «1» (флаг установлен) или «0» (флаг сброшен) . Различают флаги условий и флаги состояний.
Кэш микропроцессора (сверхоперативная память) – кэш, используемый микропроцессором компьютера для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти. Кэш использует небольшую, очень быструю память (обычно типа SRAM), которая хранит копии часто используемых данных из основной памяти.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM) – энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся входные, выходные и промежуточные данные программы исполняемой процессором. Конструктивно ОЗУ выполнено в виде интегральных микросхем.
Тайминг – характеристика оперативной памяти, определяющая задержку между запросом данных из памяти и тем временем, когда память начнет эти данные передавать. Выражается в тактах работы чипа памяти.
Северный мост
Северный мост (в оригинале Northbridge)- это контроллер-концентратор памяти. Системный контроллер памяти который взаимодействует с: микропроцессором, оперативной памятью, графическим адаптером. В его задачу входит определение параметров (частоту, пропускную способность, тип): системной шины и процессора (например до какой степени может быть разогнан оный), оперативной памяти (тип DDR и ее максимальный объем), подключенного видеоадаптера.
Южный мост
Прерогатива южного моста - "медленные" операции. Он отвечает за работуинтерфейсов SATA, IDE, LAN,USB, системы BIOS, аудио и северного моста. Cюда же подключается ещё несколько шин, в том числе SM и PCI. Южный мост имеет и второе название - контроллер ввода-вывода, т.к. все подключаемые периферийные устройства связываются с ним напрямую.
Устройства ввода-вывода
Аппаратный порт
Аппаратный порт — специализированный разъём в компьютере, предназначенный для подключеня оборудования определённого типа.
Обычно портами называют разъёмы, предназначенные для работы периферийного оборудовани, существенно разделённого от архитектуры компьютера (например, сетевые разъёмы не называют портами, так же, как не называют портами разъёмы PCI/ISA/AGP/VLB/PCI-E-шин, разъёмы для оперативной памяти и процессора).
К аппаратным портам относят:
Параллельный порт
Последовательный порт
USB-порт
PATA/SATA
IEEE 1394 (FireWire)
PS/2
PCI, PCI-Express
PCI (peripheral component interconnect) шина ввода-вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. Шина мультиплексированная, параллельная, синхронная. Шина PCI децентрализована, т.е. нет главного устройства и любое устройство может стать инициатором транзакции.
PCI Express (PCI Express, PCIe, PCI-E) – масштабируемая высокоскоростная последовательная шина ввода-вывода, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.
В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда. Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.
По сравнению с PCI технология PCI Express имеет следующие преимущества:
высокая пропускная способность
последовательное соединение, обеспечивающее масштабирование производительности;
отдельное соединение "точка – точка" для каждого устройства вместо общей шины PCI;
малые задержки для серверной архитектуры;
меньший размер разъемов и упрощенное проектирование систем;
расширенные функции.