6.2 Принцип открытой архитектуры (магистрально-модульный принцип).
Этот принцип положен в основу архитектуры построения малых ЭВМ. Появление малых ЭВМ связано с разработкой интегральных схем, а затем БИС и СБИС. Принцип открытой архитектуры для ЭВМ (и вычислительных систем в целом) позволяет заменять отдельные модули или блоки ЭВМ (системы), не изменяя систему в целом.
Открытость архитектуры возможна за счет применения магистрально-модульного принципа построения ЭВМ.
Рис. 1.22.
6.3 ПУ – периферийные устройства.
Центральной частью согласно данной архитектуре является системная шина. С ее помощью можно подключать различные модули или блоки ЭВМ, таким образом, конкретную ЭВМ можно легко модернизировать.
Системная шина состоит из трех шин:
Шина данных – по этой шине идут данные в виде двоичных машинных кодов.
Шина адресов (адресная шина) – по этой шине идут адреса ячеек оперативной памяти, где находятся данные, а также команды обработки данных.
Управляющая шина (шина команд) – по этой шине в двоичных кодах идут команды.
Такой принцип применения разных шин позволяет увеличить быстродействие ЭВМ.
Процессор или МП также имеет внутреннюю шину. Тип процессора и тип системной шины должны соответствовать друг другу.
ОП – оперативная память – состоит из однородных ячеек памяти с соответствующими номерами или адресами. ОП – энергозависимая.
ВП – внешняя память на различных типах запоминающих устройств организована по-разному: жесткие диски, различные сменные диски.
ПУ – периферийные устройства – в качестве их могут быть различные устройства ввода-вывода, специальные устройства (например, сетевые платы и т.п.). ПУ могут находиться в одном корпусе с ЭВМ, а могут быть выносные или внешние.
Для подключения различных периферийных устройств и внешней памяти к системной шине необходимы специальные промежуточные устройства. Эти устройства позволяют соединить различные устройства с разными выходными сигналами.
Например, параллельные и последовательные коды, импульсные и потенциальные сигналы.
Такие устройства называются интерфейсами.
Интерфейсы – устройства стыка или сопряжения двух различных устройств, предназначенные для согласования логических и физических параметров.
Интерфейсы, выполненные согласно принятым стандартам фирм-производителей вычислительной техники, называются стандартными интерфейсами вычислительной техники (например, PS/2, USB).
В качестве интерфейсов для подключения к шине периферийных устройств используются контроллеры и адаптеры, кроме этого, для организации интерфейса многих устройств, помимо контроллеров и адаптеров, применяются порты.
Контроллеры и адаптеры представляют собой электронные схемы, выполняющие задачи сопряжения устройств. Контроллеры отличаются от адаптеров тем, что, кроме сопряжения устройств, они осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами, или устройствами внешней памяти по запросам (командам) микропроцессоров.
Примеры адаптеров: сетевой адаптеров, видеоадаптер, звуковой адаптер.
Современные адаптеры в основном включают в себя собственные процессоры, имеют собственную внутреннюю шину, свои устройства преобразования сигналов. Например, трансиверы сетевых карт преобразуют последовательный код в параллельный.
Примеры контроллеров: контроллер жестких дисков, контроллер съемных дисков (Floppy, CD/DVD).
Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора. Портами также называют устройства стандартного интерфейса – последовательный, параллельный, игровой – порты интерфейса.
Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами побитно.
Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.
К последовательному порту обычно подсоединяются достаточно удаленные устройства, например, модем.
К параллельному порту обычно подсоединяются такие устройства как принтер и сканер.
Через игровой порт подсоединяется джойстик.
Клавиатура и мышь подключаются к своим специальным портам, которые представляют собой просто разъемы.
Основные электронные компоненты, определяющие марку процессора, размещаются на основной плате ПК, которая называется системной (материнской – motherboard), а контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (дочерние платы – daughterboard) и подключаются к шине с помощью разъемов расширения, называемых также слотами расширения.
Рис. 1.23. Общая структура ПК с подсоединенными периферийными
устройствами
Рис. 1.24. Связь между портами и шиной
Магистрально-модульный принцип применялся сначала в малых ЭВМ, затем – в микроЭВМ, и, наконец, в ПЭВМ. В отличие от малых и микроЭВМ, в ПЭВМ большинство периферийных устройств может находиться вне основного корпуса.
Примерная структурная схема ПЭВМ изображена на рисунке 1.
В ПЭВМ одним из важных модулей является ПЗУ, находящееся на системной плате. Системные платы представляют собой набор электронных схем, называющихся чипсетом (chipset). Часто на системной плате устанавливаются контроллеры различных накопителей, адаптеры, порты и т.п. (встроенные адаптеры). Также на системной плате имеются гнезда (слоты расширения) для подключения новых периферийных устройств.
ПЗУ «зашито» на материнской плате. В ПЗУ записаны: базовая конфигурация ПЭВМ (данные о возможных жестких дисках, оперативной памяти, типе процессора и т.п.). Также указывается, с какого носителя осуществляется загрузка операционной системы; основные (базовые) драйверы – например, драйвер клавиатуры; программа типа POST для тестирования компьютера при включении, или «холодной» перезагрузке (нажатием кнопки «Reset»).
В современных персональных компьютерах ПЗУ выполняется, в основном, по технологии КМОП (CMOS), т.е. слабой энергозависимости, за счет электропитания от батареек, находящейся в системном блоке.
Батарейки периодически подзаряжаются от блока питания ПЭВМ.
Тип ПЗУ, его содержимое определяется фирмой-разработчиком системной платы. ПЗУ содержат основные настройки ПЭВМ в программе BIOS, войти в которую можно с помощью программы Setup. В BIOS (Base System Input-Output – базовая система ввода-вывода) входя драйвера базовых устройств. Драйверы организую программный интерфейс устройств.