معماری و اصول کار با کامپیوتر. معماری کامپیوتر چیست؟

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

میزبانی شده در http://www.allbest.ru/

موسسه آموزشی بودجه دولتی

آموزش متوسطه حرفه ای

منطقه روستوف

"کالج ساختمانی روستوف"

با موضوع: "معماری کامپیوتر"

کار انجام شده:

دانش آموز گروه A-21

پاولووا N.V.

روستوف-آن-دون 2014

معرفی

1. مفهوم کامپیوتر شخصی

2. مفهوم معماری کامپیوترهای شخصی

3. دستگاه های داخلی یک کامپیوتر شخصی

4. دستگاه های خارجی یک کامپیوتر شخصی

مقدمه منطق ریزپردازنده کامپیوتر

توسعه سریع فناوری اطلاعاتو پایه اصلی فنی آنها - رایانه ها، منجر به اشباع بیشتر با آنها در تقریباً تمام حوزه های فعالیت انسانی می شود. در این شرایط، دانش آموز باید مبانی سخت افزار کامپیوتر، اصلی آن را بداند مشخصات فنیو عملکرد. چنین دانشی امکان انتخاب آگاهانه‌تر، سازماندهی تعمیر و نگهداری، ارتقاء رایانه‌های شخصی، برنامه‌ریزی توسعه رایانه را هم برای استفاده شخصی و هم برای استفاده حرفه‌ای، که مرتبط‌ترین است، ممکن می‌سازد.

کامپیوتر قابل برنامه ریزی است دستگاه الکترونیکی، توانایی پردازش داده ها و انجام محاسبات و همچنین انجام سایر کارهای دستکاری کاراکترها را دارد.

کامپیوتر یک دستگاه الکترونیکی چند منظوره برای جمع آوری، پردازش و انتقال اطلاعات است.

معماری یک کامپیوتر شخصی چیدمان قطعات اصلی آن مانند پردازنده، رم، زیرسیستم ویدئو، سیستم دیسک، تجهیزات جانبی و دستگاه های ورودی/خروجی است.

معماری PC اصل عملکرد، پیوندهای اطلاعاتی و اتصال گره های منطقی اصلی رایانه را تعیین می کند:

پردازنده مرکزی؛

حافظه اصلی؛

حافظه خارجی؛

لوازم جانبی.

1. قطعات داخلی کامپیوتر

v مهمترین عنصر در یک کامپیوتر، «مغز» آن، ریزپردازنده است. ریزپردازنده یک مدار الکترونیکی است که تمامی وظایف پردازش اطلاعات و کنترل تمامی واحدهای کامپیوتری را انجام می دهد. از نظر ساختاری، یک کریستال 4-6 سانتی متر مربع است.

ریزپردازنده از بلوک های زیر تشکیل شده است:

1. واحد منطق حسابی (ALU) دستگاهی است که عملیات منطقی و حسابی را در سیستم باینری انجام می دهد.

2. حافظه ریزپردازنده، حافظه رجیسترهایی است که داده ها و آدرس های آنها را ذخیره می کند

3. حافظه کش - حافظه سریع عملکرد ریزپردازنده را با بافر کردن دستورات پرکاربرد بهبود می بخشد.

4. دستگاه کنترل (CU) - این دستگاه یک حالت چند وظیفه ای را ارائه می دهد که به سازماندهی رایانه کمک می کند که در آن حافظه آن به طور همزمان حاوی برنامه ها و داده هایی برای حل چندین مشکل است. چندوظیفه ای به دلیل سیستم وقفه ها و محافظت از حافظه انجام می شود

5. ستون فقرات ریزپردازنده - برای تبادل اطلاعات بین واحدهای ریزپردازنده طراحی شده است.

سیستم رابط ریزپردازنده - رابط و ارتباط با سایر دستگاه های رایانه شخصی را پیاده سازی می کند. شامل یک رابط MP داخلی، رجیسترهای ذخیره سازی بافر و مدارهای کنترلی برای پورت های ورودی-خروجی (IOP) و گذرگاه سیستم است.

v دستگاه ذخیره سازی نیز نقش مهمی در کامپیوتر دارد.

دستگاه ذخیره سازی یک واحد کامپیوتری است که برای موقت ( رم) و ذخیره سازی طولانی مدت (حافظه دائمی) برنامه ها، داده های ورودی و خروجی و همچنین نتایج میانی.

انواع ZPU:

1. RAM (حافظه دسترسی تصادفی) یک دستگاه ذخیره سازی سریع با حجم نسبتا کم است که برنامه در حال اجرا و داده های آن را ذخیره می کند.

2. حافظه کش یک حافظه فوق سریع است که برای ذخیره نتایج متوسط ​​طراحی شده است.

3. ROM (حافظه فقط خواندنی) - این حافظه برای ذخیره سیستم و برنامه های کمکی (Bios) طراحی شده است، غیر فرار است، اما نرخ تبادل داده در اکثر موارد بسیار کمتر است.

v اتوبوس یک برد سیستمی است که اطلاعات ورودی/خروجی را ارائه می کند. مشخصه اتوبوس نرخ ارز است. انواع اصلی تایرها (به ترتیب بهبود عملکرد چیده شده اند): ISA، EISA، VESA، PCI، AGP. اتصالات - "اسلات" استاندارد PCI حدود 10 سال پیش متولد شد و امروزه استاندارد اصلی اسلات برای اتصال دستگاه های اضافی است.

گذرگاه سیستم شامل:

گذرگاه داده کد (KSHD)، حاوی سیم ها و مدارهای رابط برای انتقال موازی تمام ارقام کد عددی (کلمه ماشین) عملوند.

گذرگاه کد آدرس (KSA)، شامل سیم‌ها و مدارهای رابط برای انتقال موازی تمام ارقام کد آدرس سلول حافظه اصلی یا پورت ورودی-خروجی یک دستگاه خارجی؛

گذرگاه کد دستورالعمل (KSI) حاوی سیم ها و مدارهای رابط برای انتقال دستورالعمل ها (سیگنال های کنترلی، پالس ها) به تمام بلوک های ماشین.

یک اتوبوس برق دارای سیم و مدارهای رابط برای اتصال واحدهای رایانه شخصی به یک سیستم منبع تغذیه.

گذرگاه سیستم سه جهت را برای انتقال اطلاعات فراهم می کند:

بین ریزپردازنده و حافظه اصلی؛

بین ریزپردازنده و پورت های ورودی-خروجی دستگاه های خارجی؛

بین حافظه اصلی و پورت های ورودی/خروجی دستگاه های خارجی (حالت DMA)

v هارد دیسک (هارد دیسک، HDD) - برای ذخیره سازی دائمی اطلاعات مورد استفاده در حین کار کامپیوتر طراحی شده است: سیستم عامل، اسناد، بازی ها و غیره. ویژگی های اصلی یک هارد دیسک ظرفیت آن، اندازه گیری شده بر حسب گیگابایت (GB)، سرعت خواندن اطلاعات، میانگین زمان دسترسی و اندازه کش است. اطلاعات در یک یا چند صفحه گرد با یک لایه مغناطیسی ذخیره می شود که سرهای ضبط مغناطیسی روی آن پرواز می کنند. هارد دیسک ها با استفاده از کابل های مخصوص به مادربرد متصل می شوند که هر کدام برای دو دستگاه طراحی شده اند.

v یک درایو دیسک فشرده (CD-ROM) برای خواندن سوابق روی سی دی طراحی شده است. مزایای دستگاه - ظرفیت دیسک بزرگ، دسترسی سریع، قابلیت اطمینان، تطبیق پذیری، هزینه کم. مفهوم اصلی که عملکرد این دستگاه را مشخص می کند سرعت است. اولین سی دی رام ها 1 سرعته هستند. در حال حاضر CD-ROM های 52 سرعته وجود دارد. درایو 52 سرعته یعنی چی؟ این بدان معناست که داده ها را 52 برابر سریعتر از سی دی رام 1 سرعت اول (150 کیلوبایت بر ثانیه) می خواند. بنابراین، 52 را در 150 ... 7800 کیلوبایت در ثانیه ضرب می کنیم! عیب اصلی درایوهای CD-ROM استاندارد عدم توانایی در نوشتن اطلاعات است.

این به دستگاه های دیگری نیاز دارد:

CD-R - یک درایو دیسک با قابلیت ضبط اطلاعات یک بار بر روی یک دیسک خاص، در روسیه آنها را "blanks" می نامند. ضبط بر روی این دیسک ها به دلیل وجود یک لایه خاص حساس به نور بر روی آنها انجام می شود که تحت تأثیر پرتو لیزر با دمای بالا می سوزد.

CD-RW - درایو با قابلیت نوشتن مکرر اطلاعات. این دستگاه بر اساس اصول کاملاً متفاوت و با دیسک های کاملاً متفاوت از CD-R کار می کند.

اخیراً DVD-ROM روز به روز بیشتر و گسترده تر شده است - دستگاهی که برای خواندن دیسک های فرمت DVD طراحی شده است.

v BIOS (Basic Input - Output System) - یک سیستم ورودی / خروجی اصلی - یک ریز مدار نصب شده روی مادربرد. اینجا جایی است که تنظیمات اصلی کامپیوتر ذخیره می شود. با استفاده از BIOS، می توانید سرعت پردازنده، پارامترهای عملکرد سایر دستگاه های داخلی و خارجی رایانه را تغییر دهید. BIOS اولین و مهم ترین پل است که سخت افزار و نرم افزار یک کامپیوتر را به هم متصل می کند. بنابراین، برای BIOS های مدرن بسیاری وجود دارد ویژگی های مهمتوانایی به روز رسانی آن، کار با استاندارد Plag & Play، توانایی بوت کردن رایانه از CD-ROM، شبکه و درایوهای ZIP است.

v منبع تغذیه این یک بلوک حاوی سیستم های منبع تغذیه مستقل و اصلی برای رایانه شخصی است.

v تایمر. این یک ساعت الکترونیکی درون ماشینی است که در صورت لزوم، لحظه جاری در زمان (سال، ماه، ساعت، دقیقه، ثانیه و کسری از ثانیه) را به طور خودکار حذف می کند. تایمر به یک منبع برق مستقل - باتری متصل است و هنگامی که دستگاه از برق جدا می شود به کار خود ادامه می دهد.

2. دستگاه های خارجی کامپیوتر

v صفحه کلید وسیله ای است که برای وارد کردن اطلاعات از کاربر به رایانه استفاده می شود. صفحه کلید مدرن شامل 104 کلید است که در یک محفظه واحد تقویت شده اند.

v ماوس - یک دستکاری کننده برای وارد کردن اطلاعات به رایانه. برای کار با بسته های گرافیکی، نقشه ها، هنگام توسعه نمودارها و هنگام کار در موارد جدید ضروری است سیستم های عاملاوه

v جوی استیک - یک دستکاری به شکل یک دسته لولایی با دکمه ها که در بازی های رایانه ای استفاده می شود.

v مانیتور (نمایشگر) - دستگاهی است که برای نمایش متن و اطلاعات گرافیکی طراحی شده است.

v چاپگر - دستگاهی است که برای خروجی متن و اطلاعات گرافیکی روی کاغذ طراحی شده است. چاپگرهای ماتریسی، جوهر افشان و لیزری (که به ترتیب بهبود کیفیت و سرعت چاپ مرتب شده اند) وجود دارد. چاپگرها رنگی (جوهر افشان و لیزری) و سیاه و سفید (نقطه ماتریس و لیزری) هستند.

v Scanner - دستگاهی برای وارد کردن متن و اطلاعات گرافیکی به رایانه. اسکنرها دستی، تبلت رومیزی و حتی کف هستند.

v Plotter - دستگاهی که به شما امکان می دهد اطلاعات گرافیکی را روی کاغذ یا رسانه های دیگر نمایش دهید. وظایف معمول برای پلاترها اجرای نقشه های مختلف، نمودارها، نقشه ها، نمودارها، نقشه ها و غیره است.

v مودم (modulator-demodulator) - وسیله ای است که به رایانه اجازه می دهد با رایانه دیگری از طریق خطوط تلفن ارتباط برقرار کند. به روش خودم ظاهرو محل نصب مودم ها به دو دسته داخلی (داخلی) و خارجی (خارجی) تقسیم می شوند. مودم های داخلی یک برد الکترونیکی هستند که مستقیماً روی رایانه نصب می شوند، در حالی که مودم های خارجی یک دستگاه مستقل هستند که به یکی از پورت ها متصل می شوند. یک مودم اکسترنال گرانتر از یک مودم داخلی از همان نوع است جذابیت بیرونیو نصب راحت تر پارامتر اصلی در عملکرد مودم سرعت انتقال داده است.

نتیجه

توسعه صنعت الکترونیک و مهندسی کامپیوتر با چنان سرعتی انجام می شود که به معنای واقعی کلمه در عرض 1-2 سال، "معجزه فناوری" امروزی منسوخ می شود. با این حال، از زمانی که ریاضیدان مشهور جان فون نویمان در سال 1945 گزارشی در مورد طراحی و عملکرد دستگاه های محاسباتی جهانی تهیه کرد، اصول طراحی کامپیوتر بدون تغییر باقی مانده است. کامپیوترها

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.lessons-tva.info/edu/e-inf1/e-inf1-2-2.html

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

میزبانی شده در Allbest.ru

...

اسناد مشابه

معماری کلاسیک کامپیوتر مفهوم شبکه بیت. دستگاه ورودی/خروجی واحد منطق محاسباتی، ساختار رجیسترهای ALU، جایی که داده های اولیه و حاصل قرار می گیرند و همچنین اندازه رجیسترها (تعداد ارقام باینری t).

ارائه، اضافه شده در 2013/11/29


معماری یک کامپیوتر شخصی مدرن انواع و ویژگی های دستگاه های مرکزی و خارجی کامپیوتر. نمودارهای ساختاری و عملکردی یک کامپیوتر شخصی دستگاه هایی برای وارد کردن اطلاعات به واحد سیستم و نمایش اطلاعات.

مقاله ترم، اضافه شده در 2012/01/18


تاریخچه ایجاد فناوری رایانه. سازماندهی یک دستگاه محاسباتی ("معماری فون نویمان"). دستگاه های ورودی، پردازش، ذخیره سازی و خروجی اطلاعات. مانیتورها برای اهداف عمومی و حرفه ای، ویژگی های مقایسه ای آنها.

چکیده، اضافه شده در 2009/11/25


اصل ستون فقرات - مدولار ساخت یک کامپیوتر. اصل ستون فقرات (اتوبوس) تبادل اطلاعات بین دستگاه ها. ساختار داخلی رایانه شخصی: ترکیب و هدف بلوک های اصلی دستگاه های ورودی و خروجی اطلاعات

چکیده، اضافه شده در 1388/11/19


فاکتور کنترل برنامه های کامپیوتری اصل مدولار ساخت و ساز. جوی استیک - یک دستگاه دستکاری برای وارد کردن اطلاعات در مورد حرکات دست. ترکیب بلوک سیستم دستگاه هایی برای نمایش اطلاعات از حافظه کامپیوتر به کاربر.

ارائه، اضافه شده در 2015/02/23


محدوده کامپیوتر شخصی (PC). بلوک های اصلی رایانه شخصی، روش های پردازش رایانه ای اطلاعات. دستگاه های ورودی و خروجی، ذخیره سازی اطلاعات: واحد سیستم، صفحه کلید، مانیتور، ماوس، اسکنر، دیجیتایزر، چاپگر، درایو دیسک.

ارائه، اضافه شده در 2011/02/25


بخش های اصلی یک کامپیوتر شخصی: واحد سیستم، دستگاه های ورودی و خروجی. عناصر اصلی واحد سیستم: مادربرد، پردازنده، رم، حافظه کش، درایوها. سیستم عامل، اشیاء ویندوز، ویندوز.

چکیده، اضافه شده در 2009/09/21


شرح، ویژگی ها و اصول عملکرد اجزای اصلی یک کامپیوتر شخصی مدرن. اصول آدرس دهی، همگنی حافظه و اصل کنترل برنامه. دستگاه های ورودی جانبی عناصر مرکزی

چکیده، اضافه شده در 11/07/2008


دستگاه کامپیوتر شخصی: واحد سیستم، سیستم خنک کننده، مادربرد، پردازنده، کارت ویدئو، کارت صدا. حافظه، دستگاه ذخیره سازی اطلاعات. لپ تاپ ایسوس N53SM: صفحه کلید و تاچ پد، مشخصات.

چکیده، اضافه شده در 12/05/2012


ماهیت رایانه به عنوان نوعی ماشین حساب. ویژگی های ریزپردازنده - عنصر اصلی کامپیوتر، آن است مدار الکترونیکی، که کلیه محاسبات و پردازش اطلاعات را انجام می دهد. تاریخچه فناوری کامپیوتر. کار کارت صدا، کیبورد.

معماری کامپیوتر شخصی(PC) شامل ساختاری است که ترکیب رایانه شخصی و نرم افزار را منعکس می کند.

- این مجموعه ای از عناصر عملکردی آن (از گره های منطقی اصلی تا ساده ترین مدارها) و اتصالات بین آنها است.

این معماری اصول عملکرد، پیوندهای اطلاعاتی و اتصال گره های منطقی اصلی رایانه شخصی را تعریف می کند که شامل پردازنده، حافظه دسترسی تصادفی، دستگاه های ذخیره سازی خارجی و دستگاه های جانبی است.

اصل اساسی ساخت تمام رایانه های شخصی مدرنکنترل نرم افزاری است

معماری کلاسیک فون نویمان

در 1946 دلار ریاضیدانان آمریکایی جان فون نویمان, گلدشتاین آلمانیو آرتور بورکزآنها در مقاله ای مشترک اصول جدیدی را برای ساخت و راه اندازی رایانه ها بیان کردند. بر اساس این اصول، نسل 1$ و 2$-امین کامپیوتر تولید شد. در نسل های بعدی تغییراتی به وجود آمد، اما اصول فون نویمان (به قول آنها) باقی ماند.

اصول اولیه فون نیومن:

1. استفاده از سیستم اعداد باینری در رایانه شخصی ، که در آن برای دستگاه ها انجام عملیات حسابی-منطقی بسیار راحت تر از اعشاری است.
2. کنترل نرم افزار کامپیوتر . عملکرد کامپیوتر توسط یک برنامه کنترل می شود که شامل مجموعه ای از دستورات است که به صورت متوالی یکی پس از دیگری اجرا می شوند. ایجاد ماشینی با یک برنامه ذخیره شده در حافظه آغاز برنامه نویسی بود.
3. داده ها و برنامه ها در حافظه رایانه شخصی ذخیره می شوند . دستورات و داده ها به همین صورت به صورت باینری کدگذاری می شوند.
4. سلول‌های حافظه رایانه شخصی دارای آدرس‌هایی با شماره‌گذاری متوالی هستند. امکان دسترسی به هر مکان حافظه از طریق آدرس آن، استفاده از متغیرها را در برنامه نویسی ممکن کرد.
5. امکان پرش شرطی در حین اجرای برنامه. دستورات در رایانه شخصی به صورت متوالی اجرا می شوند، اما در صورت لزوم، می توانید انتقال به هر بخشی از کد را اجرا کنید.

اصل اساسی این بود که برنامه قبلاً تبدیل شده بود قسمت دائمیماشین آلات، اما متغیر، بر خلاف دستگاه، که بدون تغییر و بسیار ساده باقی می ماند.

Von Neumann نیز ساختار PC را پیشنهاد کرد (شکل 1).

شکل 1. ساختار کامپیوتر

ترکیب ماشین فون نویمان شامل موارد زیر بود:

• دستگاه ذخیره سازی (حافظه)؛
• واحد منطق حسابی (ALU)، که تمام عملیات حسابی و منطقی را انجام می دهد.
• دستگاه کنترل (CU)، که اقدامات تمام گره های ماشین را مطابق با برنامه هماهنگ می کند.
• دستگاه های ورودی/خروجی

برنامه ها و داده ها از دستگاه ورودی از طریق ALU وارد حافظه شدند. تمام دستورات برنامه به صورت متوالی در سلول های حافظه و داده های پردازش در سلول های دلخواه نوشته شدند.

این دستور شامل مشخص کردن عملیاتی که باید انجام شود و آدرس سلول‌های حافظه که داده‌ها در آنها ذخیره می‌شود و باید عملیات لازم روی آن‌ها انجام شود، و همچنین آدرس سلولی که نتیجه باید در آن نوشته شود، بود. ذخیره سازی در حافظه).

از ALU، نتایج به یک حافظه یا دستگاه خروجی ارسال می شود. اساساً ، این دستگاه ها از این جهت متفاوت هستند که داده ها در حافظه به شکلی مناسب برای پردازش توسط رایانه شخصی و در دستگاه های خروجی (مانیتور ، چاپگر و غیره) به شکلی مناسب برای شخص ذخیره می شوند.

سیگنال هایی با دستورات از CU به دستگاه های دیگر دریافت می شود و CU از سایر دستگاه ها اطلاعاتی در مورد نتیجه اجرای آنها دریافت می کند.

CU حاوی یک ثبت (سلول) ویژه است - شمارنده برنامه، که آدرس اولین دستور برنامه در آن نوشته شده است. CU محتویات سلول حافظه مربوطه را از حافظه می خواند و آن را در یک دستگاه خاص قرار می دهد - ثبت دستورالعمل. CU عملکرد فرمان را تعیین می کند، داده هایی را که آدرس آنها در دستور مشخص شده است را در حافظه علامت گذاری می کند و اجرای دستور را کنترل می کند. عملیات توسط ALU یا سخت افزار کامپیوتر انجام می شود.

پس از اجرای دستور، شمارنده برنامه 1$ افزایش می یابد و به دستور برنامه بعدی اشاره می کند. اگر لازم باشد دستوری را اجرا کنیم که به ترتیب از دستور فعلی پیروی نمی کند، یک دستور پرش ویژه حاوی آدرس سلولی است که کنترل باید به آن منتقل شود.

معماری مدرن کامپیوتر

معماری رایانه های شخصی مدرن بر اساس اصل تنه مدولار. یک رایانه از بخش های جداگانه تشکیل شده است - ماژول ها، که دستگاه های PC نسبتاً مستقل هستند (به عنوان مثال، پردازنده، رم، کنترل کننده، نمایشگر، چاپگر، اسکنر و غیره).

اصل مدولار به کاربر اجازه می دهد تا به طور مستقل پیکربندی رایانه شخصی لازم را تکمیل کند و در صورت لزوم آن را به روز کند. سازماندهی مدولار سیستم بر اساس اصل اصلی تبادل اطلاعات است. برای اینکه رایانه شخصی به عنوان یک مکانیسم واحد کار کند، لازم است داده ها بین دستگاه های مختلف مبادله شود، که برای این کار اتوبوس سیستم (اصلی).که به صورت پل چاپی روی مادربرد ساخته شده است.

ویژگی های اصلی معماری رایانه شخصی به اصول چیدمان سخت افزار و همچنین به مجموعه انتخابی سخت افزار سیستم کاهش می یابد.

این معماری با آن مشخص می شود باز بودن- امکان گنجاندن دستگاه های اضافی (سیستم و جانبی) در رایانه شخصی و همچنین امکان جاسازی آسان برنامه های کاربر در هر سطح نرم افزارکامپیوتر.

تبصره 1

همچنین، بهبود معماری رایانه شخصی همراه است حداکثر شتاب تبادل اطلاعات با حافظه سیستم.از حافظه سیستمی است که داده ها در آن ذخیره می شود که رایانه تمام دستورات اجرایی را می خواند. بنابراین، CPU بیشتر تماس ها را با حافظه انجام می دهد و تسریع در تبادل با حافظه منجر به شتاب قابل توجهی در کل سیستم می شود.

زیرا هنگام استفاده از گذرگاه سیستم برای تبادل یک پردازنده با حافظه، باید محدودیت های سرعت خود گذرگاه را در نظر بگیرید، در این صورت رسیدن به شتاب قابل توجهی در تبادل داده با استفاده از اتوبوس غیرممکن است.

برای رفع این مشکل، رویکرد زیر پیشنهاد شد. حافظه سیستم به جای ستون فقرات سیستم به یک گذرگاه ویژه پرسرعت متصل است که از راه دور نزدیکتر به پردازنده قرار دارد و نیازی به بافرهای پیچیده و فواصل زیاد ندارد. در این حالت، حافظه با حداکثر سرعت ممکن برای پردازنده رد و بدل می شود و بزرگراه سیستم سرعت آن را کاهش نمی دهد. این تصمیم به ویژه با افزایش سرعت پردازنده مرتبط شد.

بنابراین، ساختار رایانه شخصی از یک اتوبوس تک، که فقط در اولین رایانه ها استفاده می شد، تبدیل می شود سه نوار.

شکل 2. ساختار سه شینه یک کامپیوتر شخصی

ALU و CU در رایانه های شخصی مدرن یک پردازنده را تشکیل می دهند. پردازنده ای که از یک یا چند مدار مجتمع بزرگ تشکیل شده باشد، ریزپردازنده یا بسته ریزپردازنده نامیده می شود.

معماری کامپیوتر چند پردازنده ای

وجود چندین پردازنده در یک کامپیوتر به این معنی است بسیاری از جریان ها و دستورات داده را می توان به صورت موازی سازماندهی کرد، یعنی چندین قطعه از یک کار را می توان همزمان اجرا کرد.

شکل 3. معماری یک کامپیوتر چند پردازنده ای

سیستم محاسباتی چند ماشینی

در معماری یک سیستم محاسباتی چند ماشینی، هر پردازنده رم مخصوص به خود را دارد.استفاده از یک سیستم محاسباتی چند ماشینی در حل مسائلی موثر است که ساختار بسیار خاصی دارند، که باید از تعداد رایانه های شخصی تشکیل شده باشد که سیستم به وظایف فرعی با جفت آزاد تقسیم می شود.

سیستم های محاسباتی چند پردازنده ای و چند ماشینی از نظر سرعت نسبت به سیستم های تک پردازنده برتری دارند.

معماری پردازنده موازی

در این معماری چندین ALU تحت کنترل یک واحد کنترل کار می کنند. این بدان معنی است که بسیاری از داده ها را می توان توسط یک برنامه پردازش کرد، یعنی توسط یک جریان فرمان. عملکرد بالای چنین معماری را می توان تنها در کارهایی به دست آورد که در آن عملیات محاسباتی یکسان به طور همزمان بر روی مجموعه داده های مختلف از یک نوع انجام می شود.

شکل 4. معماری با یک پردازنده موازی

ماشین های مدرن اغلب حاوی عناصر هستند انواع مختلفراه حل های معماری راه حل های معماری دیگری نیز وجود دارد که با مواردی که در بالا مورد بحث قرار گرفت متفاوت است.

اصل اساسی ساخت کامپیوتر معماری نامیده می شود. فون نویمان - دانشمند آمریکایی مجارستانی الاصل جان فون نویمان، که آن را پیشنهاد کرد.

معماری مدرن کامپیوتر با اصول زیر تعیین می شود:

اصل کنترل برنامه اتوماسیون فرآیند محاسبات در رایانه را فراهم می کند. بر اساس این اصل، برای حل هر مشکل، برنامه ای کامپایل می شود که توالی اقدامات کامپیوتر را تعیین می کند. بازده کنترل برنامه زمانی بالاتر خواهد بود که مشکل توسط همان برنامه بارها (البته با داده های اولیه متفاوت) حل شود.

اصل یک برنامه ذخیره شده در حافظه طبق این اصل، دستورات برنامه مانند داده ها به صورت اعداد داده می شود و مانند اعداد پردازش می شوند و خود برنامه قبل از اجرا در RAM بارگذاری می شود که باعث سرعت بخشیدن به روند اجرای آن می شود.

اصل دسترسی تصادفی به حافظه مطابق با این اصل، عناصر برنامه و داده را می توان در یک مکان دلخواه در RAM نوشت، که به شما امکان می دهد بدون نگاه کردن به آدرس های قبلی به هر آدرس داده شده (یک مکان حافظه خاص) دسترسی داشته باشید.

بر اساس این اصول می توان ادعا کرد که کامپیوتر مدرن وسیله ای فنی است که پس از وارد کردن داده های اولیه در حافظه به صورت کدهای دیجیتال و برنامه ای برای پردازش آنها که به صورت کدهای دیجیتالی نیز بیان می شود، قادر به انجام خودکار می باشد. فرآیند محاسباتی مشخص شده توسط برنامه و تولید نتایج آماده برای حل مسئله به شکلی مناسب برای درک انسان.

یک کامپیوتر شخصی مانند IBM PC دارای معماری نسبتاً سنتی یک سیستم ریزپردازنده است و شامل تمام واحدهای عملکردی معمول است: پردازنده، حافظه دسترسی دائمی و تصادفی، دستگاه های ورودی / خروجی، گذرگاه سیستم، منبع تغذیه.

ویژگی‌های اصلی معماری رایانه‌های شخصی به اصول چیدمان سخت‌افزار و همچنین به مجموعه انتخابی سخت‌افزار سیستم کاهش می‌یابد.

اجزای اصلی کامپیوتر به شرح زیر است:

CPU یک ریزپردازنده با تمام تراشه های کمکی لازم، از جمله حافظه کش خارجی و کنترل کننده گذرگاه سیستم است. (حافظه کش در بخش های بعدی با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.) در بیشتر موارد، این پردازنده مرکزی است که تبادل را در گذرگاه سیستم انجام می دهد.

رم می تواند تقریباً تمام فضای حافظه آدرس پذیر پردازنده را اشغال کند. با این حال، اغلب حجم آن بسیار کمتر است. در رایانه های شخصی مدرن، مقدار استاندارد حافظه سیستم معمولاً از 64 تا 512 مگابایت است. RAM کامپیوتر بر روی تراشه های حافظه پویا اجرا می شود و بنابراین نیاز به بازسازی دارد.

حافظه پایدار (ROM BIOS - Base Input / Output System) دارای اندازه کوچک (تا 64 کیلوبایت)، شامل یک برنامه راه اندازی، شرح پیکربندی سیستم و همچنین درایورها (برنامه های سطح پایین) برای تعامل با دستگاه های سیستم است.

کنترل کننده وقفه وقفه های سخت افزاری گذرگاه سیستم را به وقفه های سخت افزاری پردازنده تبدیل می کند و آدرس های برداری وقفه را تنظیم می کند. تمام حالت های عملکرد کنترل کننده وقفه توسط پردازنده نرم افزار قبل از شروع کار تنظیم می شود.

کنترل کننده دسترسی مستقیم به حافظه درخواست RAP را از گذرگاه سیستم دریافت می کند، آن را به پردازنده ارسال می کند و پس از ارائه گذرگاه توسط پردازنده، داده ها را بین حافظه و دستگاه I/O منتقل می کند. تمام حالت های عملکرد کنترلر PDP قبل از شروع کار توسط پردازنده نرم افزار تنظیم می شود. استفاده از کنترل کننده های وقفه و DMA تعبیه شده در رایانه باعث می شود تا تجهیزات کارت های توسعه مورد استفاده به طور قابل توجهی ساده شود.

کنترل کننده بازسازی با انجام چرخه های بازسازی ویژه در گذرگاه، به روز رسانی دوره ای اطلاعات را در حافظه دسترسی تصادفی پویا انجام می دهد. برای مدت چرخه های بازسازی، استاد (استاد) اتوبوس می شود.

مبادله بایت داده به تبادل داده بین دستگاه های 16 بیتی و 8 بیتی، ارسال کل کلمات یا بایت های جداگانه کمک می کند.

ساعت واقعی و تایمر شمار - اینها دستگاه هایی برای کنترل داخلی زمان و تاریخ، و همچنین برای قرار گرفتن در معرض برنامه در فواصل زمانی، تنظیم فرکانس برنامه و غیره هستند.

دستگاه های ورودی/خروجی سیستم - اینها دستگاه هایی هستند که برای کار و تعامل رایانه با دستگاه های خارجی استاندارد از طریق رابط های موازی و سریال ضروری هستند. آنها می توانند روی مادربرد ساخته شوند یا می توان آنها را روی کارت های توسعه قرار داد.

تخته های توسعه در اسلات ها (کانکتورها) ستون فقرات سیستم نصب می شوند و ممکن است حاوی رم و دستگاه های ورودی/خروجی باشند. آنها می توانند در حالت برنامه، حالت وقفه و حالت DMA با سایر دستگاه های موجود در اتوبوس ارتباط برقرار کنند. همچنین امکان گرفتن گذر وجود دارد، یعنی برای مدتی تمام دستگاه های سیستم را به طور کامل از اتوبوس جدا کنید.

ویژگی مهم این معماری آن است باز بودن ، یعنی امکان گنجاندن دستگاه های اضافی در رایانه، هم دستگاه های سیستمی و هم کارت های توسعه مختلف. باز بودن همچنین مستلزم قابلیت جاسازی آسان برنامه های کاربر در هر سطحی از نرم افزار کامپیوتری است.

اولین کامپیوتر خانواده، که توزیع گسترده ای دریافت کرد، IBM PC XT، بر اساس ستون اصلی سیستم PC XT-Bus ساخته شد. بعداً (با IBM PC AT شروع شد) تا ستون فقرات نهایی شد که استاندارد شد و ISA (معماری استاندارد صنعت) نام گرفت. تا همین اواخر، ISA ستون فقرات کامپیوتر باقی ماند.

با این حال، با ظهور پردازنده‌های i486 (در سال 1989)، دیگر نیازهای عملکرد را برآورده نمی‌کند و با گذرگاه‌های سریع‌تر تکرار می‌شود: VLB (VESA Local Bus) و PCI (گذرگاه اتصال اجزای محیطی) یا با یک گذرگاه جایگزین شده است. EISA سازگار با ISA (ISA پیشرفته). به تدریج، گذرگاه PCI رقبای خود را مجبور کرد و به استاندارد واقعی تبدیل شد، و از سال 1999، توصیه می‌شود که گذرگاه ISA را در رایانه‌های جدید کاملاً کنار بگذارید و فقط PCI باقی بماند. درست است، در این مورد، باید از استفاده از کارت های توسعه که در طول سال ها برای اتصال به ستون فقرات ISA توسعه یافته اند، صرف نظر کرد.

جهت دیگری برای بهبود معماری رایانه شخصی مرتبط است حداکثر شتاب تبادل اطلاعات با حافظه سیستم . از حافظه سیستم است که کامپیوتر تمام دستورات اجرایی را می خواند و داده ها را در حافظه سیستم ذخیره می کند. یعنی پردازنده بیشتر تماس ها را با حافظه انجام می دهد. تسریع تبادل با حافظه منجر به شتاب قابل توجهی در کل سیستم به عنوان یک کل می شود.

اما هنگام استفاده از بزرگراه سیستم برای تبادل حافظه، باید محدودیت سرعت بزرگراه را در نظر بگیرید. بزرگراه سیستم باید با تعداد زیادی دستگاه ارتباط برقرار کند، بنابراین باید طول نسبتاً طولانی داشته باشد. نیاز به استفاده از بافرهای ورودی و خروجی برای مطابقت با خطوط ستون فقرات دارد. چرخه های تبادل در امتداد بزرگراه سیستم پیچیده هستند و نمی توان آنها را تسریع کرد. در نتیجه، دستیابی به شتاب قابل توجهی در تبادل پردازنده با حافظه در طول بزرگراه غیرممکن است.

توسعه دهندگان روش زیر را پیشنهاد کردند. حافظه سیستم نه به ستون فقرات سیستم، بلکه به یک گذرگاه ویژه پرسرعت، که "نزدیکتر" به پردازنده قرار دارد، متصل است که به بافرهای پیچیده و فواصل زیاد نیاز ندارد. در این حالت تبادل با حافظه با حداکثر ممکن انجام می شود پردازنده داده شدهسرعت، و بزرگراه سیستم آن را کاهش نمی دهد. این امر به ویژه با افزایش سرعت پردازنده مرتبط می شود (اکنون فرکانس ساعت پردازنده های رایانه شخصی به 1 - 3 گیگاهرتز می رسد).

بنابراین، ساختار یک کامپیوتر شخصی از یک اتوبوس تک، که فقط در اولین کامپیوترها استفاده می شد، تبدیل می شود سه نوار

هدف از لاستیک ها به شرح زیر است:

پردازنده مرکزی و حافظه نهان (حافظه بافر سریع) به گذرگاه محلی متصل هستند.

گذرگاه حافظه رم کامپیوتر و حافظه دائمی و همچنین کنترل کننده گذرگاه سیستم را متصل می کند.

تمام دستگاه های کامپیوتری دیگر به گذرگاه سیستم (نقطه پشتی) متصل هستند.

هر سه لاستیک هست خطوط آدرس، خطوط داده و سیگنال های کنترلی. اما ترکیب و هدف خطوط این لاستیک ها با یکدیگر منطبق نیست، اگرچه عملکردهای مشابهی را انجام می دهند. از نقطه نظر پردازنده، تنها یک گذرگاه سیستم (بزرگراه) در سیستم وجود دارد؛ داده ها را دریافت می کند و از طریق آن دستور می دهد و داده ها را هم به حافظه و هم به دستگاه های I/O منتقل می کند.

تأخیر زمانی بین حافظه سیستم و پردازنده در این مورد حداقل است، زیرا گذرگاه محلی و گذرگاه حافظه فقط توسط ساده ترین بافرهای سریع به هم متصل می شوند. حتی تأخیر کمتری بین پردازنده و حافظه کش وجود دارد که مستقیماً به گذرگاه محلی پردازنده متصل می شود و برای سرعت بخشیدن به تبادل پردازنده با حافظه سیستم عمل می کند.

اگر کامپیوتر از دو گذرگاه سیستم، به عنوان مثال، ISA و PCI استفاده می کند، هر کدام از آنها دارای کنترلر اتوبوس مخصوص به خود هستند و بدون تأثیر بر یکدیگر به صورت موازی کار می کنند. سپس معلوم می شود که قبلاً یک ساختار چهار میله و گاهی اوقات پنج میله است.

	نمونه ای از ساختار چند باس

در رایج ترین رایانه های رومیزی کلاس Desktop، از سیستم یا مادربرد (مادربرد) به عنوان پایه ساختاری استفاده می شود که تمام گره های اصلی سیستم رایانه و همچنین چندین رابط (اسلات) گذرگاه سیستم بر روی آن قرار دارند. برای اتصال تخته های دختر - کارت های توسعه (ماژول های رابط، کنترل کننده ها، آداپتورها). به عنوان یک قاعده، مادربردهای مدرن امکان جایگزینی پردازنده، انتخاب فرکانس ساعت آن، جایگزینی و گسترش RAM، انتخاب حالت های عملیاتی برای گره های دیگر را می دهند.

الف مقدماتی، معماری- این توصیف یک سیستم پیچیده است که به طور کلی از عناصر بسیاری تشکیل شده است.

معماری یک کامپیوتر شخصی مدرن تعمیم اصول ساخت یک کامپیوتر است که توسط گروهی از دانشمندان به رهبری جان فون نویمان پیشنهاد شده است. در معماری کلاسیک کامپیوتر نویمان، 5 بلوک اصلی را می توان تشخیص داد که در شکل 1 نشان داده شده است. 2.1. با کمک دستگاه‌های ورودی (IU)، داده‌ها و برنامه‌هایی که به صورت باینری ارائه می‌شوند، وارد حافظه دسترسی تصادفی (RAM) یا حافظه دستگاه می‌شوند. برای اجرای دستوراتی که برنامه را تشکیل می دهند، از یک واحد منطق حسابی (ALU) استفاده می شود که عملیات حسابی، عملیات مقایسه، جبر منطقی و غیره را انجام می دهد. تعامل RAM و ALU توسط واحد کنترل (CU) انجام می شود. با کمک آن، برنامه از RAM به ALU منتقل می شود، داده های لازم پیدا می شود، محاسبات انجام می شود، حافظه نوشته می شود و نتیجه با استفاده از دستگاه خروجی (UVv) سازماندهی می شود.

ساختار واقعی یک کامپیوتر مدرن به دلیل تمایل به بهبود عملکرد و عملکرد آن بسیار پیچیده تر است.

بنابراین، حافظه نهان در ساختار یک رایانه شخصی ظاهر شد، کانال های دسترسی مستقیم به RAM معرفی شدند که برای تبادل داده با دستگاه های ورودی / خروجی، دور زدن ریزپردازنده استفاده می شود.

دستگاه های جانبی از طریق کنترلرهای ویژه (K) یا آداپتورهای (A) - دستگاه های کنترلی به سخت افزار رایانه متصل می شوند و پردازنده را از کنترل مستقیم این تجهیزات آزاد می کنند.

در معماری کامپیوتر شخصی ظاهر شد پردازنده کمکی- دستگاهی که به موازات پردازنده اصلی کار می کند و عملیات خاصی را انجام می دهد: به عنوان مثال، یک پردازنده مشترک ریاضی برای محاسبات پیچیده ریاضی طراحی شده است.

واحد سیستم بخش مرکزی رایانه شخصی است. که درکیس واحد سیستم، دستگاه های داخلی رایانه شخصی را در خود جای می دهد. واحد سیستم شامل دستگاه های زیر است:

برد سیستم (مادربرد) با ریزپردازنده؛

رم؛

درایو هارد دیسک؛

کنترلرها یا آداپتورها برای اتصال و کنترل دستگاه های PC خارجی (مانیتور، بلندگو و غیره)؛

پورت های اتصال دستگاه های خارجی (چاپگر،

موش و غیره)؛

دستگاه های ذخیره سازی خارجی (VZU) برای دیسک های فلاپی و دیسک های لیزری مانند CD-ROM و DVD-ROM.

مادربردیک گره یکپارچه کننده (یکپارچه کننده) رایانه شخصی است. مادربرد تا حد زیادی پیکربندی رایانه شخصی را تعیین می کند، زیرا نوع ریزپردازنده مورد استفاده، حداکثر مقدار RAM، تعداد و روش های اتصال دستگاه های PC خارجی و سایر ویژگی ها به پارامترهای آن بستگی دارد.

ریزپردازنده(یا CPU)تراشه اصلی کامپیوتر است. کد برنامه را در حافظه اجرا می کند و تمام دستگاه های رایانه را چه به طور مستقیم یا از طریق کنترلرهای مناسب کنترل می کند.

اساس هر ریزپردازنده هسته است که متشکل از میلیون ها ترانزیستور است که روی یک تراشه سیلیکونی قرار دارند. ریزپردازنده دارای سلول های خاصی به نام است ثبت های عمومی(RON). وظیفه پردازنده این است که از حافظه در یک توالی مشخص از دستورالعمل ها و داده ها انتخاب کرده و آنها را اجرا کند. برای افزایش سرعت کامپیوتر، ریزپردازنده مجهز به حافظه کش داخلی است.

پردازنده‌های اینتل که در رایانه‌های شخصی سازگار با IBM استفاده می‌شوند، بیش از هزار دستورالعمل دارند و متعلق به پردازنده‌هایی با مجموعه دستورالعمل توسعه‌یافته - پردازنده‌های CISC (CISC - Complex Instruction Set Computing) هستند.

تبادل داده ها و دستورات بین دستگاه های داخلی رایانه شخصی از طریق هادی های یک کابل چند هسته ای انجام می شود - اتوبوس سیستموظیفه اصلی گذرگاه سیستم انتقال داده بین پردازنده و سایر اجزای الکترونیکی رایانه است. سه نوع لاستیک وجود دارد:

گذرگاه داده؛

آدرس اتوبوس؛

اتوبوس فرماندهی

گذرگاه داده.این گذرگاه اطلاعات را از RAM به RON پردازنده و بالعکس منتقل می کند. در رایانه شخصی مبتنی بر پردازنده های پنتیوم اینتل، گذرگاه داده 64 بیتی است، یعنی 8 بایت داده بلافاصله برای پردازش در یک چرخه ساعت پردازش می شود.

اتوبوس آدرس.در این گذرگاه، آدرس سلول های RAM منتقل می شود، جایی که دستوراتی که باید توسط پردازنده اجرا شوند، قرار دارند. علاوه بر این، داده هایی که دستورات روی آنها عمل می کنند از طریق این گذرگاه منتقل می شوند. در پردازنده های مدرن، گذرگاه آدرس 32 بیتی است، یعنی از 32 سیم موازی تشکیل شده است.

اتوبوس فرماندهیدستورالعمل های اجرا شده توسط پردازنده از رم این گذرگاه می آید. دستورات به صورت بایت نمایش داده می شوند. دستورات ساده یک بایت می گیرند، در حالی که دستورات پیچیده تر دو، سه یا بیشتر بایت می گیرند. اکثر پردازنده های مدرن دارای یک گذرگاه فرمان 32 بیتی هستند، اگرچه پردازنده های 64 بیتی با گذرگاه فرمان 64 بیتی وجود دارد.

رابط های گذرگاه اصلی مادربردها را در نظر بگیرید، اما با جزئیات بیشتر در مورد اتوبوس صحبت خواهیم کرد. یو اس بی.

یو اس بی(اتوبوس سریال جهانی). اتوبوس سریال جهانی یو اس بییکی از عناصر ضروری یک رایانه شخصی مدرن است که جایگزین پورت های موازی و سریال قدیمی شده است. لاستیک یو اس بییک رابط داده سریال برای تجهیزات جانبی با سرعت متوسط ​​و پایین است. به شما اجازه می دهد تا 256 دستگاه مختلف را با رابط سریال متصل کنید. لاستیک یو اس بیاز تشخیص خودکار (Plug and Play) دستگاه های جدید و همچنین اتصال به اصطلاح "داغ" پشتیبانی می کند، یعنی اتصال به رایانه در حال اجرا بدون راه اندازی مجدد آن. سرعت انتقال داده یو اس بی 1.5 مگابیت بر ثانیه است. ما بدون توضیح انواع دیگری از ^in را ارائه می دهیم: هست یک(معماری استاندارد صنعت)، PCI(اتصال اجزای دستگاه جانبی)، FSB(جلوی اتوبوس) AGP(درگاه گرافیکی پیشرفته).

انواع دستگاه های ذخیره سازی که روی برد سیستم قرار دارند فرم می گیرند حافظه داخلیکامپیوتر که شامل:

رم؛

حافظه فوق سریع (حافظه کش)؛

حافظه دائمی

حافظه رم(حافظه دسترسی تصادفی) برای ذخیره فایل های اجرایی در این لحظهبرنامه ها و داده های لازم برای این کار. از طریق RAM، دستورات و داده ها بین ریزپردازنده، حافظه خارجی و دستگاه های جانبی رد و بدل می شود. عملکرد بالا نام (عملیاتی) این نوع حافظه را تعیین می کند. ویژگی کلیدی RAM نوسانات آن است، یعنی. داده ها تنها زمانی در آن ذخیره می شوند که رایانه روشن است.

توسط اصل فیزیکیاقدامات حافظه پویا را متمایز می کند DRAMو حافظه ثابت SRAM.

حافظه پویابا وجود سادگی و هزینه کم، دارای یک اشکال قابل توجه است که شامل نیاز به بازسازی دوره ای (به روز رسانی) محتویات حافظه است.

تراشه های حافظه پویا به عنوان حافظه اصلی دسترسی تصادفی (RAM) و تراشه ها استفاده می شوند ایستا- برای حافظه کش

حافظه پنهان(حافظه کش) برای بهبود عملکرد رایانه شخصی استفاده می شود. اصل "کش کردن" استفاده از حافظه سریع برای ذخیره داده ها یا دستورات پرکاربرد و در عین حال کاهش تعداد دسترسی ها به رم کندتر است.

رام فقط خواندن حافظه(حافظه فقط خواندنی) برای ذخیره اطلاعات تغییرناپذیر طراحی شده است و در یک تراشه حافظه فقط خواندنی (ROM) قرار دارد. تراشه ROM قادر است اطلاعات را برای مدت طولانی حتی زمانی که کامپیوتر خاموش است حفظ کند، بنابراین به حافظه فقط خواندنی، حافظه غیر فرار نیز می گویند.

مجموعه ای از برنامه های واقع در ROM سیستم اصلی ورودی / خروجی را تشکیل می دهد BIOS(ورودی/خروجی پایه با tem). بایوس شامل برنامه هایی برای مدیریت صفحه کلید، کارت گرافیک، دیسک ها، پورت ها و دستگاه های دیگر است. هدف اصلی این برنامه ها بررسی ترکیب و عملکرد سیستم و اطمینان از تعامل اجزای اصلی رایانه شخصی قبل از بارگذاری هر سیستم عامل است. علاوه بر این، BIOS شامل یک برنامه آزمایشی است که با روشن شدن کامپیوتر اجرا می شود.

با وجود این واقعیت که مدل های کامپیوتری مدرن توسط طیف گسترده ای از مارک ها در بازار ارائه می شوند، آنها در تعداد کمی از معماری ها مونتاژ می شوند. به چی ربط داره؟ معماری خاص رایانه های شخصی مدرن چیست؟ چه نرم افزارها و اجزای سخت افزاری آن را تشکیل می دهند؟

تعریف معماری

معماری PC چیست؟ این اصطلاح نسبتاً گسترده معمولاً به عنوان مجموعه ای از اصول منطقی برای مونتاژ یک سیستم رایانه ای و همچنین ویژگی های متمایز راه حل های فناوری معرفی شده در آن درک می شود. معماری رایانه شخصی می تواند ابزاری برای استانداردسازی باشد. یعنی کامپیوترهای درون آن را می‌توان بر اساس طرح‌های تعیین‌شده و رویکردهای تکنولوژیکی مونتاژ کرد. ترکیب مفاهیم خاص در یک معماری واحد، ترویج مدل رایانه شخصی را در بازار تسهیل می کند، به شما امکان می دهد برنامه های توسعه یافته توسط مارک های مختلف ایجاد کنید، اما تضمین می شود که برای آن مناسب هستند. یک معماری کامپیوتر منفرد همچنین به تولید کنندگان تجهیزات کامپیوتری اجازه می دهد تا به طور فعال برای بهبود اجزای تکنولوژیکی خاص یک رایانه شخصی تعامل داشته باشند.

اصطلاح مورد بررسی را می توان به عنوان مجموعه ای از رویکردها برای مونتاژ رایانه یا اجزای جداگانه آن درک کرد که در سطح یک برند خاص اتخاذ شده است. از این حیث، معماری که توسط سازنده توسعه می یابد، مالکیت معنوی آن است و تنها توسط آن مورد استفاده قرار می گیرد، می تواند به عنوان یک ابزار رقابتی در بازار عمل کند. اما حتی در این مورد، گاهی اوقات راه حل هایی از مارک های مختلف را می توان در چارچوب یک مفهوم مشترک طبقه بندی کرد که معیارهای کلیدی را که کامپیوترهای مدل های مختلف را مشخص می کند، ترکیب می کند.

اصطلاح "معماری رایانه شخصی" به عنوان شاخه ای از دانش را می توان به روش های مختلفی توسط علوم کامپیوتر درک کرد. اولین نسخه از تفسیر شامل تفسیر مفهوم مورد بررسی به عنوان یک معیار استانداردسازی است. بر اساس تفسیر دیگری، معماری بیشتر مقوله ای است که به یک برند سازنده اجازه می دهد تا با دیگران رقابت کند.

جالب‌ترین جنبه این است که تاریخچه و معماری رایانه شخصی چگونه به هم مرتبط هستند. به ویژه، این ظهور طراحی منطقی کلاسیک کامپیوترها است. بیایید ویژگی های آن را در نظر بگیریم.

معماری کلاسیک کامپیوتر

اصول کلیدی که طبق آنها قرار بود رایانه شخصی طبق یک طرح منطقی خاص طراحی شود، توسط جان فون نویمان، ریاضیدان برجسته، پیشنهاد شد. ایده های او توسط سازندگان رایانه شخصی از دو نسل اول اجرا شد. مفهومی که جان فون نویمان توسعه داد، معماری کلاسیک رایانه شخصی است. چه ویژگی هایی دارد؟ فرض بر این است که کامپیوتر باید از اجزای اصلی زیر تشکیل شده باشد:

بلوک حسابی و منطقی؛

دستگاه های کنترل؛

بلوک حافظه خارجی؛

بلوک رم؛

دستگاه های ورودی و خروجی اطلاعات

در چارچوب این طرح، تعامل مؤلفه‌های فناوری باید در یک توالی خاص اجرا شود. بنابراین، ابتدا داده های یک برنامه رایانه ای وارد حافظه رایانه شخصی می شود که می تواند با استفاده از یک دستگاه خارجی وارد شود. سپس دستگاه کنترل اطلاعات را از حافظه کامپیوتر می خواند و سپس برای اجرا ارسال می کند. در این فرآیند در صورت لزوم، سایر اجزای رایانه شخصی نیز درگیر هستند.

معماری کامپیوترهای مدرن

ویژگی های اصلی معماری رایانه های شخصی مدرن را در نظر بگیرید. تا حدودی با مفهومی که در بالا مطالعه کردیم متفاوت است، اما از بسیاری جهات آن را ادامه می دهد. ویژگی کلید کامپیوتر جدیدترین نسل ها- یک بلوک حسابی، منطقی، و همچنین این واقعیت که دستگاه های کنترل در یک جزء تکنولوژیکی واحد - پردازنده ترکیب می شوند. از بسیاری جهات، این امر به دلیل ظهور ریز مدارها و بهبود بیشتر آنها امکان پذیر شد، که امکان قرار دادن طیف گسترده ای از عملکردها را در بخش نسبتاً کوچکی از یک کامپیوتر فراهم کرد.

معماری یک رایانه شخصی مدرن نیز با این واقعیت مشخص می شود که دارای کنترلر است. آنها در نتیجه تجدید نظر در مفهوم ظاهر شدند که در آن پردازنده باید وظیفه تبادل داده با دستگاه های خارجی را انجام می داد. به لطف قابلیت های مدارهای مجتمع ظاهر شده، سازندگان رایانه شخصی تصمیم گرفتند جزء عملکردی مربوطه را از پردازنده جدا کنند. اینگونه بود که کانال های مبادله مختلف و همچنین ریز مدارهای محیطی ظاهر شدند که سپس به آنها کنترل کننده می گفتند. اجزای سخت افزاری مناسب در رایانه های شخصی مدرن، به عنوان مثال، می توانند عملکرد دیسک ها را کنترل کنند.

دستگاه و معماری رایانه های شخصی مدرن استفاده از اتوبوس را فرض می کند. هدف اصلی آن ایجاد ارتباطات بین عناصر سخت افزاری مختلف یک کامپیوتر است. ساختار آن ممکن است دلالت بر وجود ماژول های تخصصی مسئول یک عملکرد خاص داشته باشد.

معماری IBM

IBM معماری PC را توسعه داد که در واقع به یکی از استانداردهای جهانی تبدیل شد. او ویژگی متمایز کننده- در فضای باز یعنی کامپیوتر درون آن دیگر محصول نهایی برند نیست. IBM یک بازار انحصاری نیست، اگرچه یکی از پیشگامان آن در زمینه توسعه معماری مناسب است.

کاربر یا شرکتی که یک رایانه شخصی بر اساس پلتفرم IBM می سازد می تواند تعیین کند که کدام اجزا در ساختار رایانه گنجانده می شود. همچنین می توان یک یا آن قطعه الکترونیکی را با یک قطعه پیشرفته تر جایگزین کرد. توسعه سریع فناوری رایانه امکان اجرای اصل معماری باز رایانه شخصی را فراهم کرده است.

ویژگی های نرم افزار برای کامپیوترهای معماری IBM

یک معیار مهم برای طبقه بندی رایانه شخصی به عنوان پلتفرم IBM، سازگاری آن با سیستم عامل های مختلف است. و این نیز باز بودن نوع معماری مورد بررسی را نشان می دهد. کامپیوترهای متعلق به پلتفرم IBM را می توان با ویندوز، لینوکس در کنترل کرد در تعداد زیادتغییرات، و همچنین سایر سیستم عامل هایی که با اجزای سخت افزاری رایانه شخصی معماری مورد نظر سازگار هستند. جدا از نرم افزارهای برندهای بزرگ، بر روی پلتفرم آی بی ام می توانید محصولات نرم افزاری نویسنده مختلفی را نصب کنید که عرضه و نصب آنها معمولاً نیازی به هماهنگی با سازندگان سخت افزار ندارد.

از جمله اجزای نرم افزاری که تقریباً در هر رایانه مبتنی بر IBM یافت می شود، سیستم ورودی و خروجی اصلی است که بایوس نیز نامیده می شود. این برنامه برای اطمینان از عملکرد عملکردهای سخت افزاری اصلی یک رایانه شخصی طراحی شده است، صرف نظر از اینکه چه نوع سیستم عاملی روی آن نصب شده است. و این یکی دیگر از نشانه های باز بودن معماری مورد بحث است: سازندگان BIOS نسبت به سازندگان سیستم عامل و هر نرم افزار دیگر مدارا می کنند. در واقع این که بایوس توسط برندهای مختلف تولید می شود نیز ملاک باز بودن آن است. از نظر عملکرد، سیستم‌های BIOS از توسعه‌دهندگان مختلف نزدیک هستند.

اگر BIOS روی رایانه نصب نشده باشد، عملکرد آن تقریبا غیرممکن است. مهم نیست که آیا سیستم عامل روی رایانه شخصی نصب شده است - تعامل بین اجزای سخت افزاری رایانه باید تضمین شود و فقط با استفاده از BIOS قابل پیاده سازی است. نصب مجدد بایوس بر روی کامپیوتر، بر خلاف نصب سیستم عامل یا سایر انواع نرم افزارهای در حال اجرا در آن، نیازمند نرم افزار و ابزارهای سخت افزاری خاصی است. این ویژگی BIOS با این واقعیت از پیش تعیین شده است که باید از ویروس های رایانه ای محافظت شود.

با استفاده از بایوس، کاربر می تواند با تنظیم تنظیمات خاص، اجزای سخت افزاری رایانه شخصی را کنترل کند. و این نیز یکی از جنبه های باز بودن پلت فرم است. در برخی موارد، کار با تنظیمات مناسب باعث شتاب قابل توجه رایانه شخصی، عملکرد پایدارتر اجزای سخت افزاری فردی آن می شود.

سیستم BIOS در بسیاری از رایانه های شخصی با پوسته UEFI تکمیل شده است، به گفته بسیاری از متخصصان فناوری اطلاعات، این یک راه حل نرم افزاری نسبتا مفید و کاربردی است. اما هدف اصلی UEFI اساساً با آنچه برای BIOS معمول است متفاوت نیست. در واقع ، این همان سیستم است ، اما رابط کاربری در آن تا حدودی به آنچه برای سیستم عامل رایانه شخصی معمول است نزدیک تر است.

مهمترین نوع نرم افزار برای کامپیوتر درایور است. لازم است قطعه سخت افزاری نصب شده در رایانه به درستی کار کند. درایورها معمولاً توسط سازندگان دستگاه های کامپیوتری منتشر می شوند. در عین حال، نرم افزار مربوطه که با یک سیستم عامل مانند ویندوز سازگار است، معمولاً برای سایر سیستم عامل ها مناسب نیست. بنابراین، کاربر اغلب مجبور است درایورهایی را انتخاب کند که با انواع خاصی از نرم افزارهای کامپیوتری سازگار هستند. از این نظر، پلتفرم IBM به اندازه کافی استاندارد نشده است. ممکن است دستگاهی که به طور کامل تحت سیستم عامل ویندوز کار می کند، به دلیل اینکه کاربر نمی تواند درایور مناسب را پیدا کند، یا به این دلیل که سازنده قطعه سخت افزاری به سادگی زمان کافی برای انتشار درست را نداشته است، نتواند تحت لینوکس اجرا شود. نوعی نرم افزار

مهم است که راه حلی که قرار است در ساختار رایانه گنجانده شود، نه تنها با معماری خاص، بلکه با سایر عناصر تکنولوژیکی رایانه شخصی نیز سازگار باشد. چه اجزایی را می توان در رایانه های شخصی مدرن تغییر داد؟ از جمله موارد کلیدی: مادربرد، پردازنده، رم، کارت گرافیک، هارد دیسک. بیایید مشخصات هر یک از مؤلفه ها را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم، تعیین کنیم که چه چیزی سازگاری آنها را با سایر عناصر سخت افزاری تعیین می کند، و همچنین دریابیم که چگونه اصل یک معماری PC باز می تواند به درستی در عمل پیاده سازی شود.

مادربرد

یکی از اجزای کلیدی یک کامپیوتر مدرن، مادربرد یا برد سیستم است. این شامل کنترلرها، اتوبوس ها، پل ها و سایر عناصر است که به شما امکان می دهد اجزای سخت افزاری مختلف را با یکدیگر ترکیب کنید. به لطف آن، معماری مدرن رایانه شخصی در واقع پیاده سازی شده است. مادربرد به شما اجازه می دهد تا به طور موثر عملکردهای رایانه را در دستگاه های مختلف توزیع کنید. این کامپوننت میزبان اکثر قطعات دیگر یعنی پردازنده، کارت گرافیک، رم، هارد دیسک و غیره است. بایوس، مهمترین جزء نرم افزاری یک کامپیوتر شخصی، در اکثر موارد در یکی از تراشه های مادربرد نوشته شده است. مهم است که عناصر مربوطه آسیب نبینند.

هنگام تعویض مادربرد یا انتخاب مدل مناسب در طول فرآیند ساخت رایانه شخصی، باید مطمئن شوید که مدل جدید مادربرد با سایر قطعات سخت افزاری سازگار است. بنابراین، بردهایی وجود دارند که از پردازنده های اینتل پشتیبانی می کنند و مواردی وجود دارند که فقط تراشه های AMD را می توان روی آنها نصب کرد. بسیار مهم است که مطمئن شوید برد جدید از ماژول های حافظه موجود پشتیبانی می کند. در مورد کارت گرافیک و هارد دیسک معمولاً به دلیل کافی بودن هیچ مشکلی وجود ندارد سطح بالااستانداردسازی در بازارهای مربوطه اما این نامطلوب است که مادربرد جدید و این قطعات از نظر سطح ساخت بسیار متفاوت باشند. در غیر این صورت، یک عنصر با مولد کمتر، کل سیستم را کند می کند.

CPU

تراشه اصلی یک کامپیوتر مدرن پردازنده است. معماری باز رایانه شخصی به صلاحدید کاربر اجازه می دهد تا یک پردازنده قدرتمندتر، پربازده و با فناوری را روی رایانه نصب کند. با این حال، این امکان ممکن است شامل تعدادی محدودیت باشد. بنابراین، جایگزینی یک پردازنده اینتل با یک پردازنده AMD بدون جایگزینی یک جزء دیگر - مادربرد - به طور کلی غیرممکن است. همچنین نصب یک تراشه به جای چیپ دیگری با همان برند، اما که متعلق به نوع دیگری از خط تکنولوژیک است، مشکل ساز است.

هنگام نصب یک پردازنده قدرتمندتر روی رایانه شخصی، باید مطمئن شوید که رم، هارد دیسک و کارت گرافیک از نظر فنی عقب نیستند. در غیر این صورت، همانطور که در بالا اشاره کردیم، جایگزینی ریزمدار ممکن است نتیجه مورد انتظار را به همراه نداشته باشد - کامپیوتر سریعتر کار نخواهد کرد. شاخص های اصلی عملکرد پردازنده سرعت ساعت، تعداد هسته ها، اندازه حافظه کش است. هرچه بزرگتر باشند، تراشه سریعتر کار می کند.

رم

این جزء همچنین به طور مستقیم بر عملکرد رایانه شخصی تأثیر می گذارد. عملکردهای اصلی RAM به طور کلی همان عملکردهایی است که برای رایانه های نسل اول معمول بود. از این نظر، RAM یک جزء سخت افزاری کلاسیک است. با این حال، این بر اهمیت آن تأکید می کند: تا کنون، سازندگان رایانه شخصی جایگزین مناسبی برای آن پیدا نکرده اند.

معیار اصلی برای عملکرد حافظه، اندازه آن است. هر چه بزرگتر باشد، کامپیوتر سریعتر کار می کند. همچنین، ماژول های رایانه شخصی مانند یک پردازنده فرکانس ساعت دارند. هرچه بالاتر باشد، رایانه کارآمدتر است. تعویض رم باید پس از اطمینان از سازگاری ماژول های جدید با مادربرد انجام شود.

کارت گرافیک

اصول معماری رایانه شخصی سری اول به معنای تخصیص کارت گرافیک به عنوان یک جزء جداگانه نیست. یعنی این راه حل سخت افزاری نیز یکی از معیارهای طبقه بندی کامپیوتر به عنوان نسل مدرن است. کارت گرافیک وظیفه پردازش گرافیک کامپیوتری را بر عهده دارد - یکی از پیچیده ترین انواع داده ها که به تراشه های با کارایی بالا نیاز دارد.

این جزء سخت افزاری باید جایگزین شود و ویژگی های اصلی آن را با قدرت و سطح تولید پردازنده، حافظه و مادربرد مرتبط کند. الگوی اینجا همان است که در بالا به آن اشاره کردیم: نامطلوب است که عناصر مربوط به رایانه شخصی از نظر عملکرد بسیار متفاوت باشند. برای یک کارت گرافیک، معیارهای کلیدی میزان حافظه داخلی و همچنین فرکانس ساعت ریز مدار اصلی آن است.

این اتفاق می افتد که ماژول مسئول پردازش گرافیک کامپیوتری در پردازنده تعبیه شده است. و این را نمی توان نشانه ای از قدیمی بودن رایانه در نظر گرفت، برعکس، طرح مشابهی در بسیاری از رایانه های شخصی مدرن مشاهده می شود. این مفهوم بیشترین محبوبیت را در بین تولید کنندگان لپ تاپ به دست آورده است. این کاملاً منطقی است: برندها باید اطمینان حاصل کنند که این نوع رایانه ها فشرده هستند. کارت گرافیک یک جزء سخت افزاری نسبتاً حجیم است؛ اندازه آن اغلب به طور قابل توجهی بزرگتر از یک پردازنده یا ماژول حافظه است.

هارد دیسک ها

هارد دیسک نیز یک جزء کلاسیک کامپیوتر است. متعلق به دسته دستگاه های ذخیره سازی دائمی است. نمونه معماری مدرن رایانه شخصی. هارد دیسک ها اغلب حجم زیادی از فایل ها را ذخیره می کنند. می توان اشاره کرد که این کامپوننت از کمترین تقاضا برای مشخصات مادربرد، پردازنده، رم و کارت گرافیک است. اما باز هم اگر HDDبا عملکرد پایین مشخص می شود، به این معنی که احتمال دارد کامپیوتر کند باشد، حتی اگر سایر قطعات سخت افزاری مرتبط با پیشرفته ترین فن آوری روی آن نصب شده باشد.

معیار اصلی برای عملکرد دیسک سرعت چرخش است. حجم نیز مهم است، اما اهمیت این پارامتر به نیاز کاربر بستگی دارد. اگر کامپیوتر دارای یک هارد دیسک با ظرفیت کم با سرعت بسیار بالا باشد، کامپیوتر سریعتر از ظرفیت بالا و سرعت کم عناصر مربوطه دستگاه کار می کند.

مادربرد، پردازنده، رم و کارت گرافیک اجزای داخلی کامپیوتر هستند. هارد دیسک می تواند داخلی یا خارجی باشد که در این صورت اغلب قابل جابجایی است. آنالوگ های اصلی هارد دیسک درایوهای فلش، کارت های حافظه هستند. در برخی موارد، آنها می توانند آن را به طور کامل جایگزین کنند، اما در صورت امکان، همچنان توصیه می شود رایانه شخصی را حداقل به یک هارد دیسک مجهز کنید.

مفهوم معماری کامپیوتر باز البته به قابلیت جایگزینی و انتخاب این پنج جزء محدود نمی شود. بسیاری از دستگاه های دیگر نیز وجود دارند که بخشی از یک کامپیوتر هستند. این درایوهای DVDو Blue-ray، کارت صدا، چاپگر، اسکنر، مودم، کارت شبکه، فن. مجموعه اجزای مناسب ممکن است توسط یک معماری رایانه شخصی با برند خاص از پیش تعیین شده باشد. مادربرد، پردازنده، رم، کارت گرافیک و هارد دیسک عناصری هستند که بدون آنها یک کامپیوتر مدرن نمی تواند کار کند یا عملکرد آن بسیار دشوار خواهد بود. آنها عمدتاً سرعت کار را تعیین می کنند. و بنابراین، با اطمینان از نصب قطعات تکنولوژیکی و مدرن از نوع مناسب بر روی کامپیوتر، کاربر قادر به مونتاژ یک رایانه شخصی با کارایی بالا و قدرتمند خواهد بود.

کامپیوترهای اپل

چه نوع دیگری از معماری رایانه شخصی وجود دارد؟ در میان آنهایی که به طور مستقیم با معماری IBM رقابت می کنند، تعداد بسیار کمی وجود دارد. به عنوان مثال، اینها رایانه های مکینتاش از اپل هستند. البته، از بسیاری جهات آنها شبیه به معماری IBM هستند - آنها همچنین دارای پردازنده، حافظه، کارت گرافیک، مادربرد و هارد دیسک هستند.

با این حال، رایانه های اپل با این واقعیت مشخص می شوند که پلت فرم آنها بسته است. کاربر به صلاحدید خود در نصب قطعات بر روی رایانه شخصی بسیار محدود است. اپل تنها برندی است که می تواند به صورت قانونی کامپیوترهایی با معماری مناسب تولید کند. به همین ترتیب، اپل تنها تامین کننده سیستم عامل های کاربردی است که تحت پلت فرم خود منتشر شده است. بنابراین، انواع خاصی از معماری رایانه شخصی ممکن است نه در اجزای سخت افزاری رایانه، بلکه در رویکردهای تولید کنندگان برای انتشار راه حل های مربوطه متفاوت باشد. بسته به استراتژی توسعه خود، شرکت می تواند بر روی باز بودن یا نزدیک بودن پلت فرم تمرکز کند.

بنابراین، ویژگی های اصلی معماری رایانه های شخصی مدرن به عنوان مثال از پلت فرم IBM: عدم وجود یک برند انحصاری تولید کننده رایانه، باز بودن. و هم از نظر نرم افزاری و هم از نظر سخت افزاری. در مورد رقیب اصلی پلت فرم IBM، اپل، ویژگی های اصلی یک رایانه شخصی با معماری مربوطه بسته بودن و همچنین انتشار رایانه ها توسط یک برند واحد است.