2.3. Архитектура персонального компьютера. Назначение основных узлов. Функциональные характеристики персонального компьютера

Компьютер - это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.

Напомним, что в основу построения персональных компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом:

1. Принцип программного управления - программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

2. Принцип однородности памяти - программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.

3. Принцип адресности - основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены пользователю для процесса обработки данных. Компьютеры, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру, которая и называется архитектурой Фон Неймана.

Структура ЭВМ, изобретенная Фон Нейманом состоит из трех принципиально важных устройств: памяти, устройства управления (УУ) и арифметически-логического устройства (АЛУ).

Память представляет собой устройство табличной структуры, предназначенное для хранения символов. Символы хранятся в ячейках. Каждая ячейка имеет свой адрес, по которому к ней можно обратиться, взять из нее символ, стереть его или записать новый символ. Часть символов, которые хранятся в памяти, предназначены для их обработки (манипуляции – логические операции сложения, умножения и т.д.) на ЭВМ. Они называются (как отмечалось в первой главе) данными. Часть символов, которые тоже хранятся в памяти ЭВМ, используются для указания для других устройств (УУ и АЛУ) какой тип манипуляций надо совершить над данными, по какому адресу обратиться, чтобы взять нужные данные и куда (по какому адресу записать) поместить результат манипуляций над данными. Эта часть символов называется машинными командами и их совокупность, определяющая порядок работы ЭВМ, называется программой.

Арифметически-логическое устройство выполняет манипуляции с данными (символами), которые извлекаются из памяти ЭВМ.

Устройство управления обращается к той части памяти, где хранятся команды и в соответствии с этими командами управляет манипуляциями (действиями) которые выполняет арифметически-логическое устройство.

Принципиальная структура ЭВМ, предложенная Фон Нейманом состоит из этих трех устройств. Она лежит в основе конструкции важнейшего компонента современного персонального компьютера, который называется центральным процессором. Процессор, выполненный с помощью современных технологий микроэлектроники, называется микропроцессором. Память ЭВМ из конструкторских соображений разбита на три составляющих. Память, которая расположена рядом с АЛУ, называется микропроцессорной памятью. Она входит в состав центрального процессора и отличается очень высоким быстродействием, но малым объемом. Согласно принципу иерархичности памяти существует еще один вид памяти не входит в состав процессора, но отличается достаточным быстродействием, называется основной памятью. И, наконец, память, которая отличается большим объемом на малым быстродействием называется внешней памятью.

Таким образом, архитектура компьютера определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера, к которым относятся (рис. 2.1):

• центральный процессор;

• основная память;

• внешняя память;

• периферийные устройства.

Конструктивно персональные компьютеры выполнены в виде центрального системного блока, к которому через специальные разъемы присоединяются другие устройства.

В состав системного блока входят все основные узлы компьютера:

• системная плата;

• блок питания;

• накопитель на жестком магнитном диске;

• накопитель на гибком магнитном диске;

• накопитель на оптическом диске;

• разъемы для дополнительных устройств.

Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный принцип обмена информацией. Все контроллеры устройств взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, называемую системной шиной. Системная шина выполняется в виде печатного мостика на материнской плате.

.