3.3. Магистрально-модульный принцип построения персонального компьютера

Конструктивной особенностью строения современных компьютеров является то, что они состоят из отдельных модулей, каждый из которых имеет свое функциональное назначение. Модули – это логично и конструктивно завершенные устройства, которые выполняют определенные функции в вычислительном процессе. Строение компьютеров на основе модульного принципа позволяет, в меру необходимости, подключать дополнительные устройства или делать замену существующих устройств на более совершенные устройства. Таким образом, можно наращивать вычислительную мощность компьютеров, менять аппаратную конфигурацию системы, приспосабливать ее к конкретным условиям использования и потребностей пользователя. Для современных компьютеров стандартизована номенклатура периферийных устройств, конструктивные решения многих узлов, блоков и модулей, выработаны формализованные требования к интерфейсным блокам, которые используются для согласования работы разных модулей.

Обмен информацией (данными) между отдельными устройствами (модулями) персонального компьютера осуществляется через системную магистраль. Системная магистраль – это три многоразрядные шины: шина данных, шина адресов, шина управления. Шина – это совокупность параллельных линий, по которым на основе специальных алгоритмов передается информация от одного модуля компьютера к другому с помощью электрических сигналов.

Подключение отдельных модулей персонального компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью интерфейсных блоков (контролеров, адаптеров и т.д.), а на программном уровне – с помощью специальных служебных программ – драйверов.

Таким образом, магистрально-модульный принцип строения компьютеров состоит в том, что их отдельными аппаратными составляющими являются модули, обмен информацией между которыми осуществляется через системную магистраль.

3.4. Центральный процессор (микропроцессор) персонального компьютера и его функции.

Микропроцессор – это программно-управляющее электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки разной информации, которая подается в числовых кодах и функционирует на базе микросхемы. Слова «программно-управляющее» означает, что микропроцессор работает, выполняя некоторую программу, которая хранится отдельно в оперативной памяти. Микропроцессор – это главная аппаратная составляющая компьютера. Его характеристики (тактовая частота, разрядность, объем адресного пространства), набор исполнительных программ определяют характеристики всего компьютера.

Микропроцессор выполняет следующие функции:

• управляет и координирует работу всех других устройств компьютера;

• осуществляет чтение кодов команд и данных для обработки из основной памяти;

• осуществляет декодирование команд;

• выполняет арифметико-логические и другие операции, которые указывают в командах;

• управляет передачей данных между микропроцессором и оперативной памятью, а также обрабатывает сигналы, которые поступают от внешних устройств.

Составными частями микропроцессора являются регистры, устройство управления и арифметико-логическое устройство.

Устройство управления предназначено для анализа команд и обеспечения их выполнения, а также для управления работой всех аппаратных компонентов компьютера и организации их взаимодействия между собой. Важной функцией устройства управления является реализация механизма прерываний. Прерывание – это действие, которое требует внимания. Именно благодаря прерываниям компьютер может своевременно реагировать на внешние события. Существует 256 разных видов прерываний, которые могут прерывать работу микропроцессора над программой, которая выполняется, и направить его на выполнение другой программы.

Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций, которые задаются кодами исполнительных команд.

Регистры служат для временного хранения информации в форме двоичных кодов. Регистры – это внутренние участки памяти микропроцессора. В них сохраняются адреса команд, которые выполняются, коды команд, значения операндов перед выполнением операций и значения результатов вычислений, выполненных арифметико-логическим устройством.

Основными характеристиками микропроцессора являются быстродействие, разрядность и объем адресной памяти.

Быстродействие микропроцессора тесно связано с его тактовой частотой, определяется в миллионах герцах (МГц). Эту связь можно определить по формуле

(2.1)

где f – тактовая частота процессора в МГц, k – количество тактов, нужных для выполнения заданного действия. Это довольно упрощенная формула.

Разрядность – это количество битов (двоичных кодов), которые может одновременно (параллельно) обрабатывать микропроцессор.

Объем адресной памяти – это объем информации в байтах, с которой может работать микропроцессор.