Arhitektuur ja arvuti tööpõhimõtted. Mis on arvuti arhitektuur

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

Majutatud aadressil http://www.allbest.ru/

Riigieelarveline õppeasutus

Keskeriharidus

Rostovi piirkond

"Rostovi ehituskolledž"

teemal: "PC arhitektuur"

Töö lõpetatud:

A-21 rühma õpilane

Pavlova N.V.

Rostov Doni ääres 2014

Sissejuhatus

1. Personaalarvuti mõiste

2. Personaalarvuti arhitektuuri mõiste

3. Personaalarvuti siseseadmed

4. Personaalarvuti välisseadmed

Sissejuhatus arvuti mikroprotsessori loogika

Kiire areng infotehnoloogiad ja nende peamine tehniline baas - arvutid, viib nendega suurema küllastumiseni peaaegu kõigis inimtegevuse valdkondades. Nendel tingimustel peab õpilane teadma arvuti riistvara põhitõdesid, selle peamist spetsifikatsioonid ja funktsionaalsust. Sellised teadmised võimaldavad teadlikumalt teha valikuid, korraldada hooldust, uuendada personaalarvuteid, planeerida arvuti arendust nii isiklikuks kasutamiseks kui ka professionaalseks kasutamiseks, mis on kõige aktuaalsem.

Arvuti on programmeeritav elektrooniline seade, mis on võimeline andmeid töötlema ja arvutusi tegema, aga ka muid tähemärkidega manipuleerimise ülesandeid.

Arvuti on multifunktsionaalne elektrooniline seade teabe kogumiseks, töötlemiseks ja edastamiseks.

Personaalarvuti arhitektuur on selle põhiosade, nagu protsessor, RAM, video alamsüsteem, kettasüsteem, välisseadmed ja sisend-/väljundseadmed, paigutus.

Arvuti arhitektuur määrab kindlaks arvuti peamiste loogiliste sõlmede tööpõhimõtte, teabelingid ja omavahelise ühenduse:

Keskprotsessor;

põhimälu;

väline mälu;

Välisseadmed.

1. Arvuti sisemised osad

v Arvuti kõige olulisem element, selle "aju", on mikroprotsessor. Mikroprotsessor on elektrooniline vooluahel, mis täidab kõiki teabe töötlemise ja kõigi arvutiüksuste juhtimise funktsioone. Struktuuriliselt on see üks kristall 4-6 cm2.

Mikroprotsessor koosneb järgmistest plokkidest:

1. Aritmeetiline loogikaüksus (ALU) on seade, mis sooritab kahendsüsteemis loogilisi ja aritmeetilisi toiminguid.

2. Mikroprotsessormälu on andmeid ja nende aadresse salvestavate registrite mälu

3. Vahemälu – kiire mälu parandab mikroprotsessori jõudlust, puhverdades sageli kasutatavaid käske

4. Juhtseade (CU) - see seade pakub arvuti organiseerimisele kaasaaitavat multitegumtöötlusrežiimi, milles selle mälu sisaldab samaaegselt programme ja andmeid mitme probleemi lahendamiseks. Multitegumtöötlus toimub katkestuste ja mälukaitse süsteemi tõttu

5. Mikroprotsessori magistraal - see on mõeldud teabe vahetamiseks mikroprotsessori üksuste vahel.

Mikroprotsessori liideste süsteem – rakendab liidestamist ja sidet teiste arvutiseadmetega; sisaldab sisemist MP-liidest, puhversalvestusregistreid ning sisend-väljundportide (IOP) ja süsteemisiini juhtimisahelaid.

v Salvestusseade mängib arvutis samuti olulist rolli.

Salvestusseade on arvutiüksus, mis on mõeldud ajutiseks ( RAM) ja programmide, sisend- ja väljundandmete, aga ka vahetulemuste pikaajaline (püsimälu) salvestamine.

ZPU tüübid:

1. RAM (Random Access Memory) on suhteliselt väikese mahuga kiiretoimeline salvestusseade, mis salvestab hetkel töötava programmi ja selle andmed.

2. Vahemälu on ülikiire mälu, mis on loodud vahetulemuste salvestamiseks.

3. ROM (kirjutuskaitstud mälu) - see mälu on mõeldud süsteemi- ja abiprogrammide (Bios) salvestamiseks, see on püsiv, kuid andmevahetuskiirus on valdaval enamusel juhtudel palju väiksem.

v Siin on süsteemiplaat, mis pakub I/O teavet. Bussi tunnuseks on vahetuskurss. Peamised rehvitüübid (soorituse paranemise järjekorras): ISA, EISA, VESA, PCI, AGP. Pistikud - PCI standardi "pesad" sündis umbes 10 aastat tagasi ja täna on see lisaseadmete ühendamise pesade peamine standard.

Süsteemibuss sisaldab:

koodandmesiin (KSHD), mis sisaldab juhtmeid ja liideseahelaid operandi arvkoodi (masinasõna) kõigi numbrite paralleelseks edastamiseks;

aadressikoodisiin (KSA), sealhulgas juhtmed ja liideseahelad põhimäluelemendi aadressikoodi või välisseadme sisend-väljundpordi kõigi numbrite paralleelseks edastamiseks;

käsukoodisiin (KSI), mis sisaldab juhtmeid ja liideseahelaid käskude (juhtsignaalide, impulsside) edastamiseks kõikidele masinaplokkidele;

toitesiin, millel on juhtmed ja liideseahelad arvutiseadmete ühendamiseks toitesüsteemiga.

Süsteemsiinil on teabe edastamiseks kolm suunda:

Mikroprotsessori ja põhimälu vahel;

välisseadmete mikroprotsessori ja sisend-väljundportide vahel;

Põhimälu ja välisseadmete I/O-portide vahel (DMA-režiim)

v Kõvaketas (kõvaketas, HDD) - mõeldud arvuti töötamise ajal kasutatava teabe alaliseks salvestamiseks: operatsioonisüsteem, dokumendid, mängud jne. Kõvaketta peamised omadused on selle maht, mõõdetuna gigabaitides (GB), andmete lugemise kiirus, keskmine juurdepääsuaeg ja vahemälu suurus. Teave salvestatakse ühele või mitmele magnetkihiga ümarale plaadile, mille kohal lendavad magnetilised salvestuspead. Kõvakettad ühendatakse emaplaadiga spetsiaalsete kaablite abil, millest igaüks on mõeldud kahe seadme jaoks.

v CD-draiv (CD-ROM) on ette nähtud CD-del olevate kirjete lugemiseks. Seadme eelised - suur kettamaht, kiire juurdepääs, töökindlus, mitmekülgsus, madal hind. Peamine kontseptsioon, mis selle seadme tööd iseloomustab, on kiirus. Esimesed CD-ROMid on 1-kiiruselised. Nüüd on saadaval 52-kiirusega CD-ROM-id. Mida tähendab 52-käiguline sõit? See tähendab, et see loeb andmeid 52 korda kiiremini kui kõige esimene 1 kiirusega (150 Kb/s) CD-ROM. Seetõttu korrutame 52 150 ... 7800 kilobaidiga sekundis! Tavaliste CD-ROM-draivide peamiseks puuduseks on võimetus teavet kirjutada.

Selleks on vaja muid seadmeid:

CD-R - kettaseade, millel on võimalus salvestada teavet üks kord spetsiaalsele kettale, Venemaal nimetatakse neid "toorikuteks". Nendele plaatidele salvestamine toimub spetsiaalse valgustundliku kihi olemasolu tõttu, mis põleb kõrge temperatuuriga laserkiire mõjul.

CD-RW - draiv, millel on võimalus korduvalt teavet kirjutada. See seade töötab hoopis teisel põhimõttel ja täiesti erinevate plaatidega kui CD-R.

Viimasel ajal on üha enam levimas DVD-ROM – seade, mis on mõeldud DVD-vormingus plaatide lugemiseks.

v BIOS (Basic Input - Output System) - põhiline sisend / väljundsüsteem - emaplaadile paigaldatud mikroskeem. See on koht, kus salvestatakse arvuti peamised sätted. BIOS-i abil saate muuta protsessori kiirust, arvuti teiste sisemiste ja mõnede välisseadmete tööparameetreid. BIOS on esimene ja kõige olulisem sildadest, mis ühendab arvuti riist- ja tarkvara. Seetõttu on tänapäevaste BIOS-ide jaoks palju olulised omadused on võimalus seda värskendada, töötada Plag & Play standardiga, arvuti käivitamise võimalus CD-ROM-ilt, võrgu- ja ZIP-draividest.

v Toiteallikas. See on plokk, mis sisaldab arvuti autonoomseid ja võrgutoitesüsteeme.

v Taimer. See on masinasisene elektrooniline kell, mis võimaldab vajaduse korral hetke ajahetke (aasta, kuu, tunnid, minutid, sekundid ja sekundite murdosad) automaatset eemaldamist. Taimer on ühendatud autonoomse toiteallikaga - akuga ja jätkab tööd, kui masin on vooluvõrgust lahti ühendatud.

2. Arvuti välisseadmed

v Klaviatuur on seade, mida kasutatakse teabe sisestamiseks kasutajalt arvutisse. Kaasaegne klaviatuur koosneb ühes korpuses tugevdatud 104 klahvist.

v Hiir – manipulaator info arvutisse sisestamiseks. See on vajalik graafiliste pakettide, joonistega töötamiseks, diagrammide koostamisel ja uutega töötamisel operatsioonisüsteemid Oh.

v Joystick - nuppudega hingedega käepideme kujul olev manipulaator, mida kasutatakse arvutimängudes.

v Monitor (ekraan) – seade, mis on mõeldud teksti ja graafilise teabe kuvamiseks.

v Printer – seade, mis on mõeldud teksti- ja graafilise teabe väljastamiseks paberile. Olemas on maatriks-, tindi- ja laserprinterid (paigutatud kvaliteedi ja printimiskiiruse parandamise järjekorras). Printerid on värvilised (tindiprinter ja laser) ja mustvalged (punktmaatriks ja laser).

v Skanner - seade teksti ja graafilise teabe sisestamiseks arvutisse. Skannerid on käeshoitavad, lauaarvuti tahvelarvutid ja isegi põrandad.

v Plotter – seade, mis võimaldab kuvada graafilist teavet paberil või muul kandjal. Tüüpilised ülesanded plotteritele on erinevate jooniste, diagrammide, jooniste, graafikute, kaartide jms täitmine.

v Modem (modulaator-demodulaator) - seade, mis võimaldab arvutil telefoniliinide kaudu suhelda teise arvutiga. Omal moel välimus ja paigalduskoht, modemid jagunevad sisemiseks (sisemine) ja väliseks (väline). Sisemised modemid on otse arvutisse installitud elektrooniline plaat, välismodemid aga eraldiseisev seade, mis on ühendatud ühe pordiga. Väline modem on kallim kui sama tüüpi sisemodem väline atraktiivsus ja lihtsam paigaldamine. Modemi töö peamine parameeter on andmeedastuskiirus.

Järeldus

Elektroonikatööstuse ja arvutitehnika areng toimub nii kiires tempos, et sõna otseses mõttes 1-2 aasta pärast vananeb tänane "tehnoloogia ime". Arvutidisaini põhimõtted on aga püsinud muutumatuna sellest ajast, kui kuulus matemaatik John von Neumann koostas 1945. aastal raporti universaalsete arvutusseadmete disainist ja toimimisest, s.o. arvutid.

1. https://ru.wikipedia.org/wiki

2. http://imcs.dvfu.ru/lib/eastprog/architecture.html

3. http://rechkate.ru/informatika/arhitektura-pk

4. http://www.lesssons-tva.info/edu/e-inf1/e-inf1-2-2.html

5. http://wiki.kem-edu.ru/index.php

Majutatud saidil Allbest.ru

...

Sarnased dokumendid

klassikaline arvutiarhitektuur. Bitivõrgu mõiste. I/O seade. Aritmeetiline loogikaüksus, ALU registrite struktuur, kuhu paigutatakse alg- ja lõppandmed, samuti registrite suurus (kahendnumbrite arv t).

esitlus, lisatud 29.11.2013


Kaasaegse personaalarvuti arhitektuur. Arvuti kesk- ja välisseadmete tüübid ja omadused. Personaalarvuti ehitus- ja talitlusskeemid. Seadmed teabe sisestamiseks süsteemiüksusesse ja teabe kuvamiseks.

kursusetöö, lisatud 18.01.2012


Arvutitehnoloogia loomise ajalugu. Arvutusseadme korraldus ("von Neumanni arhitektuur"). Teabe sisestus-, töötlemis-, salvestus- ja väljundseadmed. Üld- ja kutsealased monitorid, nende võrdlevad omadused.

abstraktne, lisatud 25.11.2009


Arvuti ehitamise selgroog-modulaarne põhimõte. Seadmetevahelise infovahetuse magistraal (siin) põhimõte. Personaalarvuti sisemine struktuur: põhiplokkide koostis ja eesmärk. Teabe sisend- ja väljundseadmed.

abstraktne, lisatud 19.11.2009


Arvutiprogrammi juhtimistegur. Ehituse põhimooduli põhimõte. Joystick - manipulaatorseade käte liigutuste kohta teabe sisestamiseks. Süsteemiploki koostis. Seadmed arvuti mälust kasutajale teabe kuvamiseks.

esitlus, lisatud 23.02.2015


Personaalarvuti (PC) ulatus. Arvuti peamised plokid, arvutipõhise teabe töötlemise meetodid. Sisend- ja väljundseadmed, infosalvestus: süsteemiplokk, klaviatuur, monitor, hiir, skanner, digiteerija, printer, kettaseade.

esitlus, lisatud 25.02.2011


Personaalarvuti põhiosad: süsteemiüksus, sisend- ja väljundseadmed. Süsteemiüksuse peamised elemendid: emaplaat, protsessor, RAM, vahemälu, draivid. Operatsioonisüsteem, Windowsi objektid, aknad.

abstraktne, lisatud 21.09.2009


Kaasaegse personaalarvuti põhikomponentide kirjeldus, omadused ja tööpõhimõtted. Adresseerimise põhimõtted, mälu homogeensus ja programmi juhtimise põhimõte. Välisseadmed. kesksed elemendid.

abstraktne, lisatud 07.11.2008


Personaalarvuti seade: süsteemiplokk, jahutussüsteem, emaplaat, protsessor, videokaart, helikaart. Mälu, infosalvestusseade. Asus N53SM sülearvuti seade: klaviatuur ja puuteplaat, tehnilised andmed.

abstraktne, lisatud 12.05.2012


Arvuti kui omamoodi kalkulaatori olemus. Mikroprotsessori omadused - arvuti põhielement, selle elektrooniline skeem, mis teeb kõik arvutused ja infotöötluse. Arvutitehnoloogia ajalugu. Helikaardi, klaviatuuri töö.

Personaalarvuti arhitektuur(PC) sisaldab struktuuri, mis kajastab arvuti ja tarkvara koostist.

- see on selle funktsionaalsete elementide kogum (peamistest loogilistest sõlmedest kuni lihtsaimate ahelateni) ja nendevaheliste ühenduste komplekt.

Arhitektuur määratleb arvuti peamiste loogiliste sõlmede, mis hõlmavad protsessorit, muutmälu, väliseid salvestusseadmeid ja välisseadmeid, tööpõhimõtted, teabelingid ja omavahelised ühendused.

Kõigi kaasaegsete arvutite ehitamise põhiprintsiip on tarkvara juhtimine.

Klassikaline von Neumann arhitektuur

$1946 $ Ameerika matemaatikud Johannes von Neumann, Saksa Goldstein Ja Arthur Burksühises artiklis tõid nad välja uued arvutite ehituse ja tööpõhimõtted. Nende põhimõtete alusel toodeti $1$-th ja $2$-th põlvkonna arvuteid. Järgmistes põlvkondades toimusid mõningad muutused, kuid von Neumanni (nagu neid nimetati) põhimõtted jäid alles.

Von Neumanni põhiprintsiibid:

1. Kahendarvusüsteemi kasutamine arvutis , milles seadmetel on aritmeetilisi-loogilisi tehteid palju lihtsam teha kui kümnendsüsteemis.
2. PC tarkvara juhtimine . Arvuti tööd juhib programm, mis koosneb käskude komplektist, mis täidetakse järjestikku üksteise järel. Mällu salvestatud programmiga masina loomine tähistas programmeerimise algust.
3. Andmed ja programmid salvestatakse arvuti mällu . Käsud ja andmed kodeeritakse kahendkoodis samal viisil.
4. Arvuti mäluelementidel on järjestikku nummerdatud aadressid. Võimalus pääseda ligi igale mälukohale selle aadressi järgi võimaldas programmeerimisel kasutada muutujaid.
5. Tingimusliku hüppe võimalus programmi täitmisel. Käsud arvutis täidetakse järjestikku, kuid vajadusel saate rakendada üleminekut mis tahes koodi osale.

Põhimõte oli, et programm oli juba saanud püsiv osa masinad, kuid varieeruvad, erinevalt aparaadist, mis jääb muutumatuks ja väga lihtsaks.

Von Neumann pakkus välja ka PC struktuuri (joonis 1).

Joonis 1. PC struktuur

Von Neumanni masina koostis hõlmas:

• salvestusseade (mälu);
• aritmeetiline loogikaüksus (ALU), mis sooritas kõik aritmeetilised ja loogilised operatsioonid;
• juhtseade (CU), mis koordineerib kõigi masinasõlmede tegevust vastavalt programmile;
• I/O seadmed.

Programmid ja andmed sisestati mällu sisendseadmest läbi ALU. Kõik programmikäsud kirjutati järjestikku mälurakkudesse ja töötlemiseks mõeldud andmed kirjutati suvalistesse rakkudesse.

Käsk seisnes selles, et määrati sooritatav tehing ja mälurakkude aadressid, kuhu andmed salvestatakse ja millel vajalik toiming tuleb teha, samuti lahtri aadress, kuhu tulemus kirjutada (for mälus säilitamine).

ALU-st väljastatakse tulemused mällu või väljundseadmesse. Põhimõtteliselt erinevad need seadmed selle poolest, et andmed salvestatakse mällu arvutiga töötlemiseks mugaval kujul ja väljundseadmetele (monitor, printer jne) inimesele sobival kujul.

Käskudega signaalid võetakse vastu CU-st teistele seadmetele ning teistelt seadmetelt saab CU infot nende täitmise tulemuse kohta.

CU sisaldab spetsiaalset registrit (lahtrit) - programmi loendur, kuhu on kirjutatud programmi esimese käsu aadress. CU loeb mälust vastava mäluelemendi sisu ja asetab selle spetsiaalsesse seadmesse - juhiste register. CU määrab käsu toimimise, “märgib” mällu andmed, mille aadressid on käsus määratud, ja kontrollib käsu täitmist. Toimingu teostab ALU või arvuti riistvara.

Pärast käsu täitmist suurendatakse programmiloendurit $1 $ võrra ja see osutab järgmisele programmikäsule. Kui on vaja järjekorras täita käsk, mis ei järgi praegust käsku, sisaldab spetsiaalne hüppekäsk selle lahtri aadressi, kuhu juhtimine tuleb üle kanda.

Kaasaegne arvuti arhitektuur

Kaasaegsete personaalarvutite arhitektuur põhineb pagasiruumi-mooduli põhimõte. Arvuti koosneb eraldi osadest – moodulitest, mis on suhteliselt iseseisvad arvutiseadmed (näiteks protsessor, RAM, kontroller, ekraan, printer, skanner jne).

Modulaarne põhimõte võimaldab kasutajal iseseisvalt lõpetada vajaliku arvuti konfiguratsiooni ja seda vajadusel värskendada. Süsteemi modulaarne ülesehitus lähtub infovahetuse põhiprintsiibist. Selleks, et arvuti töötaks ühtse mehhanismina, on vaja andmeid vahetada erinevate seadmete vahel, mille jaoks süsteemi (pea)siin, mis on valmistatud emaplaadile trükitud silla kujul.

Arvutiarhitektuuri põhijooned on taandatud riistvara paigutuse põhimõtetele, aga ka valitud süsteemi riistvara komplektile.

Seda arhitektuuri iseloomustab selle avatus- võimalus lisada arvutisse täiendavaid seadmeid (süsteem ja välisseadmed), samuti võimalus hõlpsasti manustada kasutajaprogramme mis tahes tasemel tarkvara PC.

Märkus 1

Samuti on sellega seotud arvutiarhitektuuri täiustamine süsteemimäluga teabevahetuse maksimaalne kiirendus. Arvuti loeb kõiki käivitatavaid käske süsteemimälust, kuhu andmed salvestatakse. Seega teeb protsessor suurema osa kõnedest mällu ja mäluga vahetuse kiirendamine toob kaasa kogu süsteemi kui terviku olulise kiirenduse.

Sest Süsteemsiini kasutamisel protsessori vahetamiseks mäluga tuleb arvestada siini enda kiiruspiirangutega, siis on siini abil võimatu andmevahetuse olulist kiirendust saavutada.

Selle probleemi lahendamiseks pakuti välja järgmine lähenemisviis. Süsteemi magistraalsüsteemi asemel on süsteemimälu ühendatud spetsiaalse kiire siiniga, mis asub eemalt protsessorile lähemal ja ei nõua keerulisi puhvreid ja suuri vahemaid. Sel juhul vahetatakse mälu protsessori jaoks maksimaalsel võimalikul kiirusel ja süsteemi kiirtee seda ei aeglusta. See otsus muutus eriti aktuaalseks protsessori kiiruse suurenemisega.

Seega muutub ühe siini arvuti struktuur, mida kasutati ainult esimestes arvutites kolme baariga.

Joonis 2. Arvuti kolme siini struktuur

Kaasaegsetes personaalarvutites moodustavad ALU ja CU protsessori. Protsessorit, mis koosneb ühest või mitmest suurest integraallülitusest, nimetatakse mikroprotsessoriks või mikroprotsessoripaketiks.

Mitmeprotsessoriline arvuti arhitektuur

Mitme protsessori olemasolu arvutis tähendab seda paralleelselt saab korraldada paljusid andmevooge ja käske, st. Sama ülesande mitu fragmenti saab täita korraga.

Joonis 3. Mitme protsessoriga personaalarvuti arhitektuur

Mitme masinaga arvutussüsteem

Mitme masinaga arvutisüsteemi arhitektuuris on igal protsessoril oma RAM. Mitme masinaga arvutussüsteemi kasutamine on efektiivne väga erilise ülesehitusega ülesannete lahendamisel, mis peaksid koosnema nii paljudest arvutitest, kuivõrd süsteem on jagatud lõdvalt seotud alamülesanneteks.

Mitmeprotsessoriga ja mitme masinaga andmetöötlussüsteemidel on kiiruse osas eelis üheprotsessorilistega võrreldes.

Paralleelprotsessori arhitektuur

Selles arhitektuuris töötab mitu ALU-d ühe juhtseadme juhtimise all. See tähendab, et ühe programmiga, st ühe käsuvooga saab töödelda palju andmeid. Sellise arhitektuuri kõrge jõudluse saab saavutada ainult ülesannete puhul, mille puhul tehakse samaaegselt samu arvutusoperatsioone erinevate sama tüüpi andmekogumitega.

Joonis 4. Arhitektuur paralleelprotsessoriga

Kaasaegsed masinad sisaldavad sageli elemente erinevat tüüpi arhitektuursed lahendused. On ka teisi arhitektuurseid lahendusi, mis erinevad eespool käsitletutest.

Arvuti ehitamise põhiprintsiipi nimetatakse arhitektuuriks. von Neumann - Ungari päritolu Ameerika teadlane John von Neumann, kes selle välja pakkus.

Kaasaegne arvutiarhitektuur on määratud järgmiste põhimõtetega:

Programmi juhtimise põhimõte. Pakub arvutis arvutamise protsessi automatiseerimist. Selle põhimõtte kohaselt koostatakse iga probleemi lahendamiseks programm, mis määrab arvuti toimingute jada. Programmi juhtimise efektiivsus on suurem, kui probleemi lahendatakse mitu korda sama programmiga (ehkki erinevate lähteandmetega).

Mällu salvestatud programmi põhimõte. Selle põhimõtte kohaselt antakse programmikäsud, nagu ka andmed, numbrite kujul ja neid töödeldakse samamoodi nagu numbreid ning programm ise laaditakse enne täitmist RAM-i, mis kiirendab selle täitmise protsessi.

Mälule juhusliku juurdepääsu põhimõte. Selle põhimõtte kohaselt saab programmi- ja andmeelemente kirjutada suvalisele asukohale RAM-is, mis võimaldab juurdepääsu suvalisele antud aadressile (konkreetsele mälukohale) ilma eelnevaid vaatamata.

Nendele põhimõtetele tuginedes võib väita, et kaasaegne arvuti on tehniline seade, mis pärast algandmete sisestamist mällu digitaalsete koodide ja nende töötlemise programmi, väljendatuna ka digitaalsetes koodides, suudab automaatselt teostada. programmiga etteantud arvutusprotsessi ja toota valmistulemusi ülesande lahendamiseks.inimtajule sobival kujul.

Personaalarvutil, nagu IBM PC, on üsna traditsiooniline mikroprotsessorsüsteemi arhitektuur ja see sisaldab kõiki tavapäraseid funktsionaalseid üksusi: protsessor, püsi- ja muutmälu, sisend- / väljundseadmed, süsteemisiin, toiteallikas.

Personaalarvutite arhitektuuri põhijooned on taandatud riistvara paigutuse põhimõtetele, samuti valitud süsteemi riistvara komplektile.

Arvuti peamised komponendid on järgmised:

Protsessor on mikroprotsessor koos kõigi vajalike abikiipidega, sealhulgas välise vahemälu ja süsteemisiini kontrolleriga. (Vahemälust käsitletakse üksikasjalikumalt järgmistes osades.) Enamasti teostab süsteemisiinil vahetuse keskprotsessor.

RAM võib hõivata peaaegu kogu protsessori adresseeritava mäluruumi. Kuid enamasti on selle maht palju väiksem. Kaasaegsetes personaalarvutites on süsteemimälu standardmaht tavaliselt 64–512 MB. Arvuti RAM töötab dünaamilistel mälukiipidel ja vajab seetõttu taastamist.

Püsiv mälu (ROM BIOS - Base Input / Output System) on väikese suurusega (kuni 64 KB), sisaldab käivitusprogrammi, süsteemi konfiguratsiooni kirjeldust, aga ka draivereid (madalama taseme programmid) süsteemiseadmetega suhtlemiseks.

Katkestuse kontroller teisendab süsteemisiini riistvarakatkestused protsessori riistvarakatkestusteks ja määrab katkestusvektori aadressid. Kõik katkestuskontrolleri töörežiimid seab tarkvaraprotsessor enne töö alustamist.

Otsese mälu juurdepääsu kontroller võtab süsteemisiinilt vastu RAP-i päringu, edastab selle protsessorile ja pärast seda, kui protsessor annab siini, edastab andmed mälu ja I/O seadme vahel. Kõik PDP-kontrolleri töörežiimid seadistab tarkvaraprotsessor enne töö alustamist. Arvutisse sisseehitatud katkestus- ja DMA-kontrollerite kasutamine võimaldab oluliselt lihtsustada kasutatavate laienduskaartide varustust.

Regeneratsiooni kontroller teostab dünaamilises muutmälus oleva teabe perioodilist värskendamist, viies siinil läbi spetsiaalseid regenereerimistsükleid. Regenereerimistsüklite ajaks saab sellest siini ülem (ülem).

Andmebaidi vahetaja aitab vahetada andmeid 16- ja 8-bitiste seadmete vahel, saata terveid sõnu või üksikuid baite.

Reaalajas kell ja taimer-loendur - need on seadmed kellaaja ja kuupäeva sisemiseks kontrolliks, samuti ajavahemike programmisäritamiseks, programmi sageduse seadistamiseks jne.

Süsteemi sisend-/väljundseadmed - need on seadmed, mis on vajalikud arvuti tööks ja suhtlemiseks tavaliste välisseadmetega paralleel- ja jadaliideste kaudu. Neid saab teha emaplaadil või need võivad asuda laienduskaartidel.

Laiendusplaadid on paigaldatud süsteemi magistraalsüsteemi pesadesse (pistikutesse) ja võivad sisaldada RAM-i ja sisend-/väljundseadmeid. Nad saavad suhelda teiste siinis olevate seadmetega programmrežiimis, katkestusrežiimis ja DMA režiimis. Võimalik on ka siini jäädvustamine ehk kõik süsteemiseadmed mõneks ajaks siini küljest täielikult lahti ühendada.

Selle arhitektuuri oluline omadus on see avatus , ehk võimalus lisada arvutisse lisaseadmeid, nii süsteemiseadmeid kui ka erinevaid laienduskaarte. Avatus tähendab ka võimalust hõlpsasti manustada kasutajaprogramme mis tahes arvutitarkvara tasemel.

Perekonna esimene arvuti, mis sai laialdase leviku, IBM PC XT, valmistati algse PC XT-Bus süsteemi magistri baasil. Hiljem (alates IBM PC AT-st) viimistleti see selgrooks, mis sai standardseks ja kandis nime ISA (Industry Standard Architecture). Kuni viimase ajani jäi ISA arvuti selgrooks.

Kuid alates i486 protsessorite tulekust (aastal 1989) ei vastanud see enam jõudlusnõuetele ja seda hakati dubleerima kiiremate siinidega: VLB (VESA Local Bus) ja PCI (Peripheral Component Interconnect bus) või asendati ISA-ühilduv EISA (Enhanced ISA). Tasapisi sundis PCI siin konkurendid välja ja sai de facto standardiks ning alates 1999. aastast soovitatakse uutes arvutites ISA siinist täielikult loobuda, jättes alles vaid PCI. Tõsi, sel juhul tuleb loobuda aastate jooksul välja töötatud laienduskaartide kasutamisest ISA magistraalsüsteemiga ühendamiseks.

Seotud on veel üks personaalarvuti arhitektuuri täiustamise suund süsteemimäluga teabevahetuse maksimaalne kiirendus . Arvuti loeb kõiki käivitatavaid käske süsteemimälust ja salvestab andmed süsteemimällu. See tähendab, et protsessor teeb enamiku kõnedest mällu. Vahetuse kiirendamine mäluga toob kaasa kogu süsteemi kui terviku olulise kiirenduse.

Kuid süsteemset kiirteed mäluvahetuseks kasutades tuleb arvestada kiirtee kiiruspiirangutega. Süsteemi kiirtee peab pakkuma liidestumist suure hulga seadmetega, seega peab see olema üsna pikk; see nõuab põhiliinide sobitamiseks sisend- ja väljundpuhvrite kasutamist. Vahetustsüklid süsteemi kiirteel on keerulised ja neid ei saa kiirendada. Selle tulemusena on võimatu saavutada protsessori ja mälu vahetuse olulist kiirendamist maanteel.

Arendajad pakkusid välja järgmise lähenemisviisi. Süsteemimälu on ühendatud mitte süsteemi magistraalsüsteemiga, vaid spetsiaalse kiire siiniga, mis asub protsessorile "lähemal", mis ei nõua keerulisi puhvreid ja suuri vahemaid. Sel juhul toimub vahetus mäluga maksimaalselt antud protsessor kiirust ja süsteemi kiirtee seda ei aeglusta. See muutub eriti oluliseks protsessori kiiruse suurenemisega (nüüd ulatuvad personaalarvutite protsessorite taktsagedused 1–3 GHz).

Seega muutub ühe siini personaalarvuti struktuur, mida kasutati ainult esimestes arvutites kolme baariga.

Rehvide otstarve on järgmine:

keskprotsessor ja vahemälu (kiire puhvermälu) on ühendatud kohaliku siiniga;

mälusiin ühendab arvuti RAM-i ja püsimälu, samuti süsteemisiini kontrolleri;

kõik muud arvutiseadmed on ühendatud süsteemisiiniga (magistraal).

Kõik kolm rehvi on aadressiliinid, andmeliinid ja juhtsignaalid. Kuid nende rehvide joonte koostis ja eesmärk ei lange üksteisega kokku, kuigi need täidavad samu funktsioone. Protsessori seisukohalt on süsteemis ainult üks süsteemisiin (kiirtee), mis võtab selle kaudu vastu andmeid ja käske ning edastab andmeid nii mällu kui ka I/O seadmetesse.

Ajalised viivitused süsteemimälu ja protsessori vahel on sel juhul minimaalsed, kuna kohalik siini ja mälusiin on ühendatud ainult kõige lihtsamate kiirete puhvritega. Veelgi väiksem latentsusaeg on protsessori ja vahemälu vahel, mis on otse ühendatud protsessori kohaliku siiniga ja kiirendab protsessori vahetamist süsteemimäluga.

Kui arvuti kasutab kahte süsteemisiini, näiteks ISA ja PCI, siis mõlemal on oma siinikontroller ja need töötavad paralleelselt üksteist mõjutamata. Siis selgub juba nelja- ja mõnikord ka viiebaaline struktuur.

	Näide mitme siini struktuurist

Levinumates Desktop klassi lauaarvutites kasutatakse struktuurse alusena süsteemi ehk emaplaati (emaplaati), millel asuvad kõik arvuti peamised süsteemisõlmed, samuti mitmed süsteemisiini pistikud (pesad). tütarplaatide ühendamiseks - laienduskaardid (liidesemoodulid, kontrollerid, adapterid). Kaasaegsed emaplaadid võimaldavad reeglina vahetada protsessorit, valida selle taktsagedust, vahetada ja laiendada RAM-i, valida teiste sõlmede töörežiime.

A-prioor, arhitektuur- see on paljudest elementidest koosneva keeruka süsteemi kui terviku kirjeldus.

Kaasaegse personaalarvuti arhitektuur on John von Neumanni juhitud teadlaste rühma pakutud üldistus arvuti ehitamise põhimõtetest. Neumanni arvuti klassikalises arhitektuuris saab eristada 5 peamist plokki, mis on näidatud joonisel fig. 2.1. Sisendseadmete (IU) abil sisestatakse binaarses vormis esitatud andmed ja programmid masina muutmällu (RAM) ehk mälusse. Programmi moodustavate käskude rakendamiseks kasutatakse aritmeetilist loogikaüksust (ALU), mis teostab aritmeetilisi tehteid, võrdlustehinguid, loogikalgebrat jne. RAM-i ja ALU interaktsiooni teostab juhtplokk (CU). Tema abiga kantakse programm RAM-ist ALU-sse, leitakse vajalikud andmed, tehakse arvutused, kirjutatakse mällu ning tulemus korrastatakse väljundseadme (UVv) abil.

Kaasaegse arvuti tegelik struktuur on palju keerulisem, kuna soovitakse parandada selle jõudlust ja funktsionaalsust.

Nii ilmus personaalarvuti struktuuris vahemälu, võeti kasutusele otsepääsukanalid RAM-ile, mida kasutati andmete vahetamiseks sisend- / väljundseadmetega, mikroprotsessorist mööda minnes.

Välisseadmed ühendatakse arvuti riistvaraga spetsiaalsete kontrollerite (K) või adapterite (A) - juhtseadmete kaudu, vabastades protsessori selle seadme otsesest juhtimisest.

Arhitektuuris ilmus personaalarvuti kaasprotsessor- seade, mis töötab paralleelselt põhiprotsessoriga ja teeb spetsiifilisi toiminguid: näiteks matemaatiline kaasprotsessor on mõeldud keerukate matemaatiliste arvutuste tegemiseks.

Süsteemiüksus on arvuti keskne osa. IN Süsteemiüksuse korpuses on arvuti siseseadmed. Süsteemiüksus sisaldab järgmisi seadmeid:

Süsteemi (emaplaadi) plaat mikroprotsessoriga;

RAM;

Kõvaketas;

Kontrollerid või adapterid väliste arvutiseadmete (monitor, kõlarid jne) ühendamiseks ja juhtimiseks;

Pordid välisseadmete (printer,

hiired jne);

Välised salvestusseadmed (VZU) diskettidele ja laserketastele, nagu CD-ROM ja DVD-ROM.

Emaplaat on arvutit ühendav (ühendav) sõlm. Emaplaat määrab suuresti arvuti konfiguratsiooni, kuna selle parameetritest sõltuvad kasutatava mikroprotsessori tüüp, maksimaalne RAM-i maht, väliste arvutiseadmete ühendamise arv ja meetodid ning muud omadused.

Mikroprotsessor(või PROTSESSOR) on arvuti peamine kiip. See käivitab mälus oleva programmikoodi ja juhib kõiki arvutis olevaid seadmeid kas otse või vastavate kontrollerite kaudu.

Iga mikroprotsessori aluseks on tuum, mis koosneb miljonitest ränikiibil asuvatest transistoridest. Mikroprotsessoril on spetsiaalsed rakud, mida nimetatakse üldregistrid(RON). Protsessori ülesanne on teatud käskude ja andmete jadas mälust valida ja neid täita. Arvuti kiiruse suurendamiseks on mikroprotsessor varustatud sisemise vahemäluga.

IBM-iga ühilduvates personaalarvutites kasutatavatel Inteli protsessoritel on üle tuhande juhise ja need kuuluvad laiendatud käsukomplektiga protsessoritesse – CISC protsessorid (CISC – Complex Instruction Set Computing).

Andmete ja käskude vahetus arvuti siseseadmete vahel toimub mitmetuumalise kaabli juhtmete kaudu - süsteemisiin. Süsteemi siini põhiülesanne on andmete edastamine protsessori ja arvuti teiste elektrooniliste komponentide vahel. Rehve on kolme tüüpi:

andmesiin;

Aadressibuss;

Käsubuss.

Andmesiin. See siini edastab andmed RAM-ist protsessori RON-i ja vastupidi. Intel Pentium protsessoritel põhinevas arvutis on andmesiin 64-bitine, st ühe taktitsükli jooksul töödeldakse koheselt 8 baiti andmeid.

Aadressibuss. Sellel siinil edastatakse RAM-i rakkude aadressid, kus asuvad protsessori poolt täitmist vajavad käsud. Lisaks edastatakse selle siini kaudu andmeid, millega käsud töötavad. Kaasaegsetes protsessorites on aadressisiin 32-bitine, see tähendab, et see koosneb 32 paralleelsest juhtmest.

Käsubuss. Protsessori poolt täidetavad juhised pärinevad selle siini RAM-ist. Käsud on esitatud baitidena. Lihtsad käsud võtavad ühe baiti, keerukamad aga kaks, kolm või enam baiti. Enamikul kaasaegsetest protsessoritest on 32-bitine käsusiin, kuigi on ka 64-bitise käsusiiniga protsessoreid.

Mõelge emaplaatide peamistele siiniliidestele, kuid üksikasjalikumalt peatume siinil USB.

USB(Universal Serial Bus). Universaalne jadabuss USB on kaasaegse arvuti asendamatu element, see on asendanud aegunud paralleel- ja jadapordid. Rehv USB on jadaliides keskmise ja väikese kiirusega välisseadmetele. See võimaldab ühendada kuni 256 erinevat seadet jadaliidesega. Rehv USB toetab uute seadmete automaatset tuvastamist (Plug and Play), samuti nn kuuma ühendust, st töötava arvutiga ühendamist ilma seda taaskäivitamata. Andmeedastuskiirus USB on 1,5 Mbps. Anname ilma selgituseta muud tüüpi ^in: ON(Industry Standard Architecture), PCI(väliskomponentide ühendamine), FSB(Eesmine buss) AGP(Täpsem graafikaport).

Igat tüüpi salvestusseadmed, mis asuvad emaplaadil, on vormis sisemälu PC, mis sisaldab:

RAM;

ülikiire mälu (vahemälu);

Püsimälu.

RAM-mälu(Random Access Memory) kasutatakse käivitatavate failide salvestamiseks Sel hetkel programmid ja selleks vajalikud andmed. RAM-i kaudu vahetatakse käske ja andmeid mikroprotsessori, välismälu ja välisseadmete vahel. Kõrge jõudlus määrab seda tüüpi mälu nime (töötav). RAM-i põhiomadus on selle volatiilsus, st. andmed salvestatakse sellesse ainult siis, kui arvuti on sisse lülitatud.

Kõrval füüsiline põhimõte toimingud eristavad dünaamilist mälu DRAM ja staatiline mälu SRAM.

dünaamiline mälu kogu oma lihtsuse ja madalate kulude juures on sellel märkimisväärne puudus, mis seisneb vajaduses mälu sisu perioodiliselt regenereerida (värskendada).

Dünaamilisi mälukiipe kasutatakse peamise muutmälu (RAM) ja kiipidena staatiline- vahemälu jaoks.

Vahemälu(vahemälu) kasutatakse arvuti jõudluse parandamiseks. Vahemällu salvestamise põhimõte on kasutada kiiret mälu kõige sagedamini kasutatavate andmete või käskude salvestamiseks, vähendades samal ajal juurdepääsute arvu aeglasemale RAM-ile.

Kirjutuskaitstud mälu ROM(Read Only Memory) on loodud muutumatu teabe salvestamiseks ja asub kirjutuskaitstud mälu (ROM) kiibis. ROM-kiip on võimeline säilitama teavet pikka aega ka siis, kui arvuti on välja lülitatud, mistõttu kirjutuskaitstud mälu nimetatakse ka püsimäluks.

ROM-is asuv programmide komplekt moodustab põhilise sisend-/väljundsüsteemi BIOS(Põhiline sisend/väljund koos tem). bios sisaldab programme klaviatuuri, videokaardi, ketaste, portide ja muude seadmete haldamiseks. Nende programmide peamine eesmärk on kontrollida süsteemi koostist ja jõudlust ning tagada arvuti põhikomponentide koostoime enne mis tahes operatsioonisüsteemi laadimist. Lisaks sisaldab BIOS testprogrammi, mis töötab arvuti sisselülitamisel.

Hoolimata asjaolust, et kaasaegseid arvutimudeleid esitlevad turul mitmed kaubamärgid, on need kokku pandud vähese arvu arhitektuuridega. Millega see seotud on? Milline on tänapäevaste personaalarvutite spetsiifiline arhitektuur? Millised tarkvara- ja riistvarakomponendid selle moodustavad?

Arhitektuuri definitsioon

Mis on arvuti arhitektuur? Seda üsna laia mõistet mõistetakse tavaliselt arvutisüsteemi koostamise loogiliste põhimõtete kogumina, samuti sellesse sisse viidud tehnoloogiliste lahenduste eripäradena. Arvutiarhitektuur võib olla standardimise tööriist. See tähendab, et selle sees olevaid arvuteid saab kokku panna vastavalt kehtestatud skeemidele ja tehnoloogilistele lähenemisviisidele. Teatud kontseptsioonide ühendamine ühtseks arhitektuuriks hõlbustab arvutimudeli turule toomist, võimaldab luua erinevate kaubamärkide poolt välja töötatud, kuid garanteeritult selle jaoks sobivaid programme. Ühtne arvutiarhitektuur võimaldab ka arvutiseadmete tootjatel aktiivselt suhelda, et täiustada arvuti teatud tehnoloogilisi komponente.

Vaadeldavat terminit võib mõista kui arvutite või selle üksikute komponentide kokkupanemise lähenemisviiside kogumit, mis on vastu võetud konkreetse kaubamärgi tasemel. Selles mõttes võib arhitektuur, mille on välja töötanud tootja, on tema intellektuaalomand ja mida ainult tema kasutab, toimida turul konkurentsivahendina. Kuid isegi sel juhul saab erinevate kaubamärkide lahendusi mõnikord klassifitseerida ühise kontseptsiooni raames, mis ühendab erinevate mudelite arvuteid iseloomustavad võtmekriteeriumid.

Mõistet “PC arhitektuur” kui teadmiste haru võib arvutiteadus mõista erinevalt. Tõlgenduse esimene versioon hõlmab vaadeldava mõiste tõlgendamist standardiseeriva kriteeriumina. Teise tõlgenduse kohaselt on arhitektuur pigem kategooria, mis võimaldab ühel tootjabrändil saada teistega konkurentsivõimeliseks.

Kõige huvitavam on see, kuidas arvuti ajalugu ja arhitektuur korreleeruvad. Eelkõige on see arvutite klassikalise loogilise disaini esilekerkimine. Mõelgem selle omadustele.

klassikaline arvutiarhitektuur

Põhiprintsiibid, mille kohaselt pidi arvutit teatud loogilise skeemi järgi kujundama, pakkus välja silmapaistev matemaatik John von Neumann. Tema ideid viisid ellu esimese kahe põlvkonna personaalarvutite tootjad. John von Neumanni välja töötatud kontseptsioon on klassikaline arvutiarhitektuur. Millised on selle omadused? Eeldatakse, et arvuti peaks koosnema järgmistest põhikomponentidest:

Aritmeetiline ja loogiline plokk;

Juhtseadmed;

Välise mälu blokeerimine;

RAM-i plokk;

Seadmed teabe sisestamiseks ja väljastamiseks.

Selle skeemi raames tuleks tehnoloogiliste komponentide koostoimet rakendada kindlas järjestuses. Nii et esiteks sisenevad arvutiprogrammi andmed arvuti mällu, mida saab sisestada välisseadme abil. Seejärel loeb juhtseade teavet arvuti mälust ja saadab selle seejärel täitmiseks. Sellesse protsessi kaasatakse vajadusel ka teisi arvuti komponente.

Kaasaegsete arvutite arhitektuur

Mõelge, millised on kaasaegsete personaalarvutite arhitektuuri peamised omadused. See erineb mõnevõrra ülaltoodud kontseptsioonist, kuid jätkab seda paljuski. Arvuti võtme funktsioon uusimad põlvkonnad- aritmeetiline, loogiline plokk, samuti asjaolu, et juhtimisseadmed on ühendatud üheks tehnoloogiliseks komponendiks - protsessoriks. Paljuski sai see võimalikuks tänu mikroskeemide ilmumisele ja nende edasisele täiustamisele, mis võimaldas arvuti suhteliselt väikesesse osasse mahutada väga erinevaid funktsioone.

Kaasaegse arvuti arhitektuuri iseloomustab ka see, et see sisaldab kontrollereid. Need ilmusid kontseptsiooni läbivaatamise tulemusena, mille käigus protsessor pidi täitma välisseadmetega andmete vahetamise funktsiooni. Tänu ilmunud integraallülituste võimalustele otsustasid personaalarvutite tootjad vastava funktsionaalkomponendi protsessorist eraldada. Nii ilmusid erinevad vahetuskanalid, samuti perifeersed mikroskeemid, mida seejärel hakati kutsuma kontrolleriteks. Kaasaegsete arvutite sobivad riistvarakomponendid võivad näiteks juhtida ketaste tööd.

Kaasaegsete personaalarvutite seade ja arhitektuur eeldavad siini kasutamist. Selle põhieesmärk on pakkuda sidet arvuti erinevate riistvaraelementide vahel. Selle struktuur võib eeldada konkreetse funktsiooni eest vastutavate spetsiaalsete moodulite olemasolu.

IBM arhitektuur

IBM töötas välja arvutiarhitektuuri, millest sai tegelikult üks maailmastandardeid. Tema eristav tunnus— avatuses. See tähendab, et selles olev arvuti lakkab olemast kaubamärgi valmistoode. IBM ei ole turumonopolist, kuigi üks oma teerajajaid sobiva arhitektuuri väljatöötamisel.

IBM-i platvormil põhinevat arvutit ehitav kasutaja või ettevõte saab määrata, millised komponendid arvuti struktuuri kaasatakse. Samuti on võimalik asendada üks või teine ​​elektroonikakomponent keerukama vastu. Arvutitehnoloogia kiire areng on võimaldanud rakendada avatud arvutiarhitektuuri põhimõtet.

Tarkvarafunktsioonid IBM-i arhitektuuriga arvutitele

Oluline kriteerium personaalarvuti IBM-i platvormiks klassifitseerimisel on selle ühilduvus erinevate operatsioonisüsteemidega. Ja see näitab ka vaadeldava arhitektuuritüübi avatust. IBM-i platvormile kuuluvaid arvuteid saab juhtida Windowsi, Linuxi abil suurel hulgal muudatused, aga ka muud operatsioonisüsteemid, mis ühilduvad kõnealuse arhitektuuri arvuti riistvarakomponentidega. Peale suurte kaubamärkide tarkvara saab IBM-i platvormile paigaldada erinevaid autoritarkvaratooteid, mille väljalaskmine ja paigaldamine ei nõua tavaliselt riistvaratootjatega kooskõlastamist.

Peaaegu igas IBM-i arvutis leiduvate tarkvarakomponentide hulgas on põhiline sisend- ja väljundsüsteem, mida nimetatakse ka BIOS-iks. Selle eesmärk on tagada arvuti põhiliste riistvarafunktsioonide toimimine, olenemata sellest, millist tüüpi operatsioonisüsteem on sellele installitud. Ja see on tegelikult veel üks märk kõnealuse arhitektuuri avatusest: BIOS-i tootjad on OS-i tootjate ja mis tahes muu tarkvara suhtes tolerantsed. Tegelikult on avatuse kriteeriumiks ka asjaolu, et BIOS-i saavad toota erinevad kaubamärgid. Funktsionaalselt on erinevate arendajate BIOS-süsteemid lähedal.

Kui BIOS pole arvutisse installitud, on selle toimimine peaaegu võimatu. Pole vahet, kas operatsioonisüsteem on arvutisse installitud – arvuti riistvarakomponentide vaheline interaktsioon peab olema tagatud ja seda saab rakendada ainult BIOS-i abil. BIOS-i uuesti installimine arvutisse nõuab spetsiaalseid tarkvara- ja riistvaratööriistu, erinevalt OS-i või muud selles töötava tarkvara installimisest. See funktsioon BIOS on ette määratud asjaoluga, et see peab olema arvutiviiruste eest kaitstud.

BIOS-i abil saab kasutaja teatud seadete abil juhtida arvuti riistvarakomponente. Ja see on ka üks platvormi avatuse aspekte. Mõnel juhul võimaldab sobivate sätetega töötamine arvutit märgatavalt kiirendada, selle üksikute riistvarakomponentide stabiilsemat toimimist.

Paljude arvutite BIOS-i süsteemi täiendatakse UEFI kestaga, paljude IT-spetsialistide sõnul on see üsna kasulik ja funktsionaalne tarkvaralahendus. Kuid UEFI põhieesmärk ei erine põhimõtteliselt BIOS-ile omasest. Tegelikult on see sama süsteem, kuid selle liides on mõnevõrra lähedasem arvuti operatsioonisüsteemile omasele.

Kõige olulisem arvutitarkvara tüüp on draiver. See on vajalik, et arvutisse installitud riistvarakomponent korralikult töötaks. Draiverid väljastavad tavaliselt arvutiseadmete tootjad. Samal ajal ei sobi vastavat tüüpi tarkvara, mis ühildub ühe operatsioonisüsteemiga, näiteks Windowsiga, tavaliselt teistele operatsioonisüsteemidele. Seetõttu peab kasutaja sageli valima draiverid, mis ühilduvad teatud tüüpi arvutitarkvaraga. Selles mõttes ei ole IBM-i platvorm piisavalt standardiseeritud. Võib juhtuda, et Windows OS-is ideaalselt töötav seade ei saa Linuxi all töötada, kuna kasutaja ei leia õiget draiverit või riistvarakomponendi tootjal lihtsalt ei olnud aega õiget välja anda. omamoodi tarkvara.

Oluline on, et arvuti struktuuris sisalduv lahendus ühilduks mitte ainult konkreetse arhitektuuriga, vaid ka teiste arvuti tehnoloogiliste elementidega. Milliseid komponente saab tänapäevastes arvutites muuta? Peamiste hulgas: emaplaat, protsessor, RAM, videokaart, kõvakettad. Vaatleme üksikasjalikumalt iga komponendi eripära, selgitame välja, mis määrab nende ühilduvuse teiste riistvaraelementidega, ja uurime ka, kuidas avatud arvutiarhitektuuri põhimõtet praktikas kõige õigemini rakendada.

Emaplaat

Kaasaegse arvuti üks põhikomponente on emaplaat ehk emaplaat. See sisaldab kontrollereid, siine, sildu ja muid elemente, mis võimaldavad erinevaid riistvarakomponente omavahel kombineerida. Tänu sellele rakendatakse kaasaegne arvutiarhitektuur. Emaplaat võimaldab tõhusalt levitada arvuti funktsioone erinevatele seadmetele. See komponent majutab enamikku teistest, nimelt protsessorit, videokaarti, RAM-i, kõvakettaid jne. BIOS, arvuti kõige olulisem tarkvarakomponent, on enamikul juhtudel kirjutatud mõnele emaplaadi kiibile. On oluline, et vastavad elemendid ei oleks kahjustatud.

Emaplaadi vahetamisel või õige mudeli valimisel arvuti koostamise käigus peate veenduma, et uus emaplaadi mudel ühildub teiste riistvarakomponentidega. Niisiis, on plaate, mis toetavad Inteli protsessoreid, ja on neid, millele saab installida ainult AMD kiipe. Väga oluline on veenduda, et uus plaat toetaks olemasolevaid mälumooduleid. Mis puudutab videokaarti ja kõvaketasid, siis tavaliselt piisava tõttu probleeme pole kõrge tase standardimine vastavatel turgudel. Kuid pole soovitav, et uus emaplaat ja need komponendid erineksid valmistatavuse taseme poolest liiga palju. Vastasel juhul aeglustab vähem tootlik element kogu süsteemi.

Protsessor

Kaasaegse arvuti peamine kiip on protsessor. Arvuti avatud arhitektuur võimaldab kasutaja äranägemisel arvutisse installida võimsama, produktiivsema tehnoloogilise protsessori. See võimalus võib aga hõlmata mitmeid piiranguid. Seega on Inteli protsessori asendamine AMD-ga ilma teist komponenti - emaplaati - asendamata üldiselt võimatu. Samuti on problemaatiline ühe kiibi paigaldamine sama kaubamärgiga, kuid erinevat tüüpi tehnoloogilise liini alla kuuluva kiibi asemel.

Arvutisse võimsama protsessori paigaldamisel tuleb jälgida, et RAM, kõvakettad ja videokaart ei jääks tehnoloogiliselt palju alla. Vastasel juhul, nagu eespool märkisime, ei pruugi mikrolülituse asendamine oodatud tulemust tuua - arvuti ei tööta kiiremini. Protsessori peamised jõudlusnäitajad on taktsagedus, tuumade arv, vahemälu suurus. Mida suuremad need on, seda kiiremini kiip töötab.

RAM

See komponent mõjutab otseselt ka arvuti jõudlust. RAM-i põhifunktsioonid on üldiselt samad, mis olid tüüpilised esimeste põlvkondade arvutitele. Selles mõttes on RAM klassikaline riistvarakomponent. See aga rõhutab selle tähtsust: seni pole arvutitootjad sellele väärilist alternatiivi välja mõelnud.

Mälu jõudluse peamine kriteerium on selle suurus. Mida suurem see on, seda kiiremini arvuti töötab. Samuti on arvutimoodulitel taktsagedus, nagu protsessoril. Mida kõrgem see on, seda produktiivsem on arvuti. RAM-i asendamine tuleks teha pärast seda, kui olete veendunud, et uued moodulid ühilduvad emaplaadiga.

videokaart

Esimese seeria arvutiarhitektuuri põhimõtted ei eeldanud videokaardi eraldamist eraldi komponendina. See tähendab, et see riistvaralahendus on ka üks kriteeriume, mille alusel arvutit kaasaegse põlvkonna hulka liigitada. Videokaart vastutab arvutigraafika töötlemise eest - üks keerukamaid andmetüüpe, mis nõuab suure jõudlusega kiipe.

See riistvarakomponent tuleks välja vahetada, seostades selle põhiomadused protsessori, mälu ja emaplaadi võimsuse ja valmistatavuse tasemega. Siin on muster sama, mida eespool märkisime: ei ole soovitav, et arvuti vastavad elemendid erineksid jõudluse poolest suuresti. Videokaardi puhul on põhikriteeriumiks sisseehitatud mälu maht ja selle peamise mikrolülituse taktsagedus.

Juhtub, et arvutigraafika töötlemise eest vastutav moodul on protsessorisse sisse ehitatud. Ja seda ei saa pidada märgiks, et arvuti on aegunud, vastupidi, sarnast skeemi täheldatakse paljudes kaasaegsetes arvutites. See kontseptsioon kogub sülearvutitootjate seas suurimat populaarsust. See on üsna loogiline: kaubamärgid peavad tagama, et seda tüüpi arvutid oleksid kompaktsed. Videokaart on üsna mahukas riistvarakomponent, selle suurus on enamasti märgatavalt suurem kui protsessor või mälumoodul.

Kõvakettad

Kõvaketas on ka klassikaline arvutikomponent. Kuulub püsisalvestusseadmete kategooriasse. Tüüpiline kaasaegsele arvutiarhitektuurile. Kõvakettad salvestavad sageli suurema osa failidest. Võib märkida, et see komponent on emaplaadi, protsessori, RAM-i ja videokaardi eripärade osas kõige vähem nõudlik. Aga jälle, kui HDD iseloomustab madal jõudlus, st on tõenäoline, et arvuti on aeglane, isegi kui sellele on installitud muud tehnoloogiliselt arenenumatega seotud riistvarakomponendid.

Ketta jõudluse peamine kriteerium on pöörlemiskiirus. Helitugevus on samuti oluline, kuid selle parameetri olulisus sõltub kasutaja vajadustest. Kui arvutil on väikese mahutavusega kõvaketas väga suure kiirusega, töötab arvuti kiiremini kui seadme vastavate elementide suure võimsuse ja väikese kiirusega.

Emaplaat, protsessor, RAM ja graafikakaart on arvuti sisemised komponendid. Kõvaketas võib olla nii sisemine kui ka väline, sel juhul on see enamasti eemaldatav. Kõvaketta peamised analoogid on mälupulgad, mälukaardid. Mõnel juhul võivad nad selle täielikult asendada, kuid võimalusel on siiski soovitatav varustada arvuti vähemalt ühe kõvakettaga.

Avatud arvutiarhitektuuri kontseptsioon ei piirdu loomulikult nende viie komponendi asendamise ja valimisega. Arvuti osaks on palju muid seadmeid. See DVD-draivid ja Blue-ray, helikaardid, printerid, skannerid, modemid, võrgukaardid, ventilaatorid. Sobivate komponentide komplekti võib eelnevalt kindlaks määrata konkreetne kaubamärgiga PC arhitektuur. Emaplaat, protsessor, RAM, videokaart ja kõvaketas on elemendid, ilma milleta kaasaegne arvuti ei tööta või on selle kasutamine äärmiselt keeruline. Need määravad peamiselt töö kiiruse. Ja seetõttu, tagades vastavat tüüpi tehnoloogiliste ja kaasaegsete komponentide paigaldamise arvutisse, saab kasutaja kokku panna suure jõudlusega ja võimsa arvuti.

Apple'i arvutid

Milliseid teisi arvutiarhitektuure on olemas? Nende hulgas, mis konkureerivad otseselt IBM-i arhitektuuriga, on väga vähe. Näiteks on need Apple'i Macintoshi arvutid. Loomulikult on need paljuski sarnased IBM-i arhitektuuriga – neil on ka protsessor, mälu, videokaart, emaplaat ja kõvakettad.

Apple’i arvuteid iseloomustab aga see, et nende platvorm on suletud. Kasutajal on väga piiratud võimalused arvutisse komponentide installimisel oma äranägemisel. Apple on ainus kaubamärk, mis suudab seaduslikult toota sobiva arhitektuuriga arvuteid. Samuti on Apple ainus oma platvormi all välja antud funktsionaalsete operatsioonisüsteemide tarnija. Seega võivad teatud tüüpi arvutiarhitektuurid erineda mitte niivõrd arvuti riistvarakomponentide, kuivõrd tootjate lähenemiste poolest vastavate lahenduste väljalaskmisele. Olenevalt enda arengustrateegiast saab ettevõte keskenduda platvormi avatusele või lähedusele.

Niisiis, kaasaegsete personaalarvutite arhitektuuri põhijooned IBM-i platvormi näitel: arvutite monopoolse kaubamärgi puudumine, avatus. Ja seda nii tarkvara kui riistvara aspektides. Mis puutub IBM-i platvormi peamisse konkurenti Apple’i, siis vastava arhitektuuriga personaalarvuti peamisteks omadusteks on suletus, aga ka arvutite väljalaskmine ühe kaubamärgiga.