Kompiuterio architektūra ir veikimo principai. Kas yra kompiuterio architektūra

Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą

Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.

Priglobta adresu http://www.allbest.ru/

Valstybinė biudžetinė ugdymo įstaiga

Vidurinis profesinis išsilavinimas

Rostovo sritis

"Rostovo statybos koledžas"

tema: "PC architektūra"

Darbai baigti:

A-21 grupės mokinys

Pavlova N.V.

Rostovas prie Dono 2014 m

Įvadas

1. Asmeninio kompiuterio samprata

2. Asmeninio kompiuterio architektūros samprata

3. Asmeninio kompiuterio vidiniai įrenginiai

4. Asmeninio kompiuterio išoriniai įrenginiai

Įvadas Kompiuterio mikroprocesoriaus logika

Spartus vystymasis informacines technologijas o pagrindinė jų techninė bazė – kompiuteriai, lemia didesnį jų prisotinimą beveik visose žmogaus veiklos sferose. Esant tokioms sąlygoms, studentas turi žinoti kompiuterinės įrangos pagrindus, jos pagrindines specifikacijas ir funkcionalumą. Tokios žinios leidžia sąmoningiau rinktis, organizuoti priežiūrą, atnaujinti asmeninius kompiuterius, planuoti kompiuterio kūrimą tiek asmeniniam, tiek profesiniam naudojimui, kas yra aktualiausia.

Kompiuteris yra programuojamas Elektroninis prietaisas, galintis apdoroti duomenis ir atlikti skaičiavimus, taip pat atlikti kitas simbolių manipuliavimo užduotis.

Kompiuteris yra daugiafunkcis elektroninis įrenginys, skirtas informacijai kaupti, apdoroti ir perduoti.

Asmeninio kompiuterio architektūra – tai pagrindinių jo dalių, tokių kaip procesorius, RAM, vaizdo posistemis, diskų sistema, periferiniai įrenginiai ir įvesties/išvesties įrenginiai, išdėstymas.

Kompiuterio architektūra lemia veikimo principą, informacinius ryšius ir pagrindinių kompiuterio loginių mazgų sujungimą:

Centrinis procesorius;

Pagrindinė ATMINTIS;

išorinė atmintis;

Periferiniai įrenginiai.

1. Kompiuterio vidinės dalys

v Svarbiausias kompiuterio elementas, jo „smegenys“, yra mikroprocesorius. Mikroprocesorius yra elektroninė grandinė, kuri atlieka visas informacijos apdorojimo ir visų kompiuterio blokų valdymo funkcijas. Struktūriškai tai yra vienas kristalas 4-6 cm2.

Mikroprocesorius susideda iš šių blokų:

1. Aritmetinis loginis vienetas (ALU) – įrenginys, atliekantis logines ir aritmetines operacijas dvejetainėje sistemoje.

2. Mikroprocesorinė atmintis – tai registrų, kuriuose saugomi duomenys ir jų adresai, atmintis

3. Laikinoji atmintis – greitoji atmintis pagerina mikroprocesoriaus veikimą buferiuodama dažnai naudojamas komandas

4. Valdymo įrenginys (CU) - šis įrenginys suteikia daugiafunkcinį režimą, kuris prisideda prie kompiuterio organizavimo, kurio atmintyje vienu metu yra programos ir duomenys kelioms problemoms spręsti. Daugiafunkcinis darbas atliekamas dėl pertraukimų ir atminties apsaugos sistemos

5. Mikroprocesoriaus stuburas – jis skirtas keistis informacija tarp mikroprocesorių blokų.

Mikroprocesorinių sąsajų sistema – įgyvendina sąsają ir ryšį su kitais PC įrenginiais; apima vidinę MP sąsają, buferinės atminties registrus ir įvesties-išvesties prievadų (IOP) ir sistemos magistralės valdymo grandines.

v Saugojimo įrenginys taip pat vaidina svarbų vaidmenį kompiuteryje.

Saugojimo įrenginys yra kompiuterio įrenginys, skirtas laikinai ( RAM) ir ilgalaikis (nuolatinės atminties) programų, įvesties ir išvesties duomenų, taip pat tarpinių rezultatų saugojimas.

ZPU tipai:

1. RAM (Random Access Memory) yra greito veikimo santykinai nedidelės talpos atminties įrenginys, kuriame saugoma šiuo metu vykdoma programa ir jos duomenys.

2. Laikinoji atmintis yra itin greita atmintis, skirta tarpiniams rezultatams saugoti.

3. ROM (read-only memory) – ši atmintis skirta sisteminėms ir pagalbinėms programoms (Bios) saugoti, ji yra nepastovi, tačiau duomenų apsikeitimo greitis didžiąja dauguma atvejų yra daug mažesnis.

v Magistralė yra sisteminė plokštė, teikianti įvesties/išvesties informaciją. Autobuso charakteristika yra valiutos kursas. Pagrindiniai padangų tipai (išdėlioti eksploatacinių savybių gerinimo tvarka): ISA, EISA, VESA, PCI, AGP. Jungtys – PCI standarto „lizdai“ gimė maždaug prieš 10 metų ir šiandien yra pagrindinis standartinis lizdų, skirtų papildomiems įrenginiams prijungti.

Sistemos magistralę sudaro:

kodų duomenų magistralė (KSHD), kurioje yra laidai ir sąsajos grandinės, skirtos lygiagrečiai visiems operando skaitmeninio kodo (mašininio žodžio) skaitmenims perduoti;

adreso kodo magistralė (KSA), įskaitant laidus ir sąsajų grandines, skirtas lygiagrečiai perduoti visus pagrindinės atminties elemento adreso kodo skaitmenis arba išorinio įrenginio įvesties-išvesties prievadą;

instrukcijų kodų magistralė (KSI), kurioje yra laidai ir sąsajos grandinės, skirtos komandoms (valdymo signalams, impulsams) perduoti į visus mašinų blokus;

maitinimo magistralė, turinti laidus ir sąsajos grandines, skirtas prijungti kompiuterio įrenginius prie maitinimo sistemos.

Sistemos magistralė pateikia tris informacijos perdavimo kryptis:

Tarp mikroprocesoriaus ir pagrindinės atminties;

Tarp mikroprocesoriaus ir išorinių įrenginių įvesties-išvesties prievadų;

Tarp pagrindinės atminties ir išorinių įrenginių I/O prievadų (DMA režimas)

v Kietasis diskas (kietasis diskas, HDD) – skirtas nuolatiniam kompiuterio veikimo metu naudojamos informacijos saugojimui: operacinei sistemai, dokumentams, žaidimams ir kt. Pagrindinės standžiojo disko charakteristikos yra jo talpa, matuojama gigabaitais (GB), duomenų skaitymo greitis, vidutinis prieigos laikas ir talpyklos dydis. Informacija saugoma vienoje ar daugiau apvalių plokštelių su magnetiniu sluoksniu, virš kurių skrenda magnetinės įrašymo galvutės. Kietieji diskai prie pagrindinės plokštės jungiami specialiais laidais, kurių kiekvienas skirtas dviem įrenginiams.

v Kompaktinių diskų įrenginys (CD-ROM) skirtas CD įrašams skaityti. Įrenginio privalumai – didelė disko talpa, greita prieiga, patikimumas, universalumas, maža kaina. Pagrindinė šio įrenginio veikimą apibūdinanti sąvoka yra greitis. Patys pirmieji CD-ROM yra 1 greičio. Dabar yra 52 greičių CD-ROM. Ką reiškia 52 greičių važiavimas? Tai reiškia, kad jis nuskaito duomenis 52 kartus greičiau nei pats pirmasis 1 greičio (150 Kb/s) kompaktinis diskas. Todėl 52 padauginame iš 150 ... 7800 kilobaitų per sekundę! Pagrindinis standartinių CD-ROM įrenginių trūkumas yra nesugebėjimas įrašyti informacijos.

Tam reikalingi kiti įrenginiai:

CD-R - diskų įrenginys su galimybe vieną kartą įrašyti informaciją į specialų diską, Rusijoje jie vadinami "tuščiais". Įrašymas šiuose diskuose atliekamas dėl to, kad ant jų yra specialus šviesai jautrus sluoksnis, kuris perdega veikiant aukštos temperatūros lazerio spinduliui.

CD-RW - diskas su galimybe pakartotinai rašyti informaciją. Šis įrenginys veikia visiškai kitu principu ir su visai kitais diskais nei CD-R.

Pastaruoju metu vis labiau plinta DVD-ROM – įrenginys, skirtas DVD formato diskams skaityti.

v BIOS (Basic Input - Output System) - pagrindinė įvesties / išvesties sistema - pagrindinėje plokštėje įdiegta mikroschema. Čia saugomi pagrindiniai kompiuterio nustatymai. Naudodami BIOS galite keisti procesoriaus greitį, kitų vidinių ir kai kurių išorinių kompiuterio įrenginių veikimo parametrus. BIOS yra pirmasis ir svarbiausias tiltas, jungiantis kompiuterio aparatinę ir programinę įrangą. Todėl šiuolaikinėms BIOS yra daug svarbias savybes yra galimybė jį atnaujinti, dirbti su Plag & Play standartu, galimybė paleisti kompiuterį iš CD-ROM, tinklo ir ZIP diskų.

v Maitinimo šaltinis. Tai blokas, kuriame yra autonominės ir maitinimo sistemos, skirtos kompiuteriui.

v Laikmatis. Tai yra mašinoje esantis elektroninis laikrodis, kuris prireikus automatiškai pašalina esamą laiko momentą (metus, mėnesį, valandas, minutes, sekundes ir sekundžių dalis). Laikmatis yra prijungtas prie autonominio maitinimo šaltinio - akumuliatoriaus ir toliau veikia, kai mašina yra atjungta nuo elektros tinklo.

2. Kompiuterio išoriniai įrenginiai

v Klaviatūra yra įrenginys, naudojamas informacijai iš vartotojo įvesti į kompiuterį. Šiuolaikinę klaviatūrą sudaro 104 klavišai, sustiprinti viename korpuse.

v Pelė – manipuliatorius informacijai įvesti į kompiuterį. Tai būtina dirbant su grafiniais paketais, brėžiniais, kuriant diagramas ir dirbant naujus Operacinės sistemos Oi.

v Vairasvirtė – atverčiamos rankenos su mygtukais formos manipuliatorius, naudojamas kompiuteriniuose žaidimuose.

v Monitorius (ekranas) – įrenginys, skirtas tekstinei ir grafinei informacijai rodyti.

v Spausdintuvas – įrenginys, skirtas tekstinei ir grafinei informacijai išvesti popieriuje. Yra matriciniai, rašaliniai ir lazeriniai spausdintuvai (išdėlioti kokybės ir spausdinimo greičio gerinimo tvarka). Spausdintuvai yra spalvoti (rašaliniai ir lazeriniai) ir nespalvoti (taškiniai ir lazeriniai).

v Skaitytuvas – įrenginys tekstui ir grafinei informacijai įvesti į kompiuterį. Skaitytuvai yra rankiniai, staliniai planšetiniai kompiuteriai ir net ant grindų.

v Braižytuvas – įrenginys, leidžiantis atvaizduoti grafinę informaciją ant popieriaus ar kitos laikmenos. Tipiškos užduotys braižytojams yra įvairių brėžinių, diagramų, brėžinių, grafikų, žemėlapių ir kt.

v Modemas (moduliatorius-demoduliatorius) – įrenginys, leidžiantis kompiuteriui telefono linijomis susisiekti su kitu kompiuteriu. Savaip išvaizda ir įrengimo vieta, modemai skirstomi į vidinius (vidinius) ir išorinius (išorinius). Vidiniai modemai yra elektroninė plokštė, įdiegta tiesiai į kompiuterį, o išoriniai modemai yra atskiras įrenginys, prijungtas prie vieno iš prievadų. Išorinis modemas yra brangesnis nei vidinis to paties tipo modemas išorinis patrauklumas ir lengvesnis montavimas. Pagrindinis modemo veikimo parametras yra duomenų perdavimo sparta.

Išvada

Elektronikos pramonės ir kompiuterių inžinerijos plėtra vyksta tokiais sparčiais tempais, kad tiesiogine prasme per 1–2 metus šiandieninis „technikos stebuklas“ pasensta. Tačiau kompiuterinio projektavimo principai išliko nepakitę nuo tada, kai 1945 metais garsus matematikas Johnas von Neumannas parengė pranešimą apie universalių skaičiavimo įrenginių konstrukciją ir funkcionavimą, t.y. kompiuteriai.

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

Priglobta Allbest.ru

...

Panašūs dokumentai

klasikinė kompiuterių architektūra. Bitinio tinklelio sąvoka. I/O įrenginys. Aritmetinis loginis vienetas, ALU registrų struktūra, kur talpinami pradiniai ir gaunami duomenys, taip pat registrų dydis (dvejetainių skaitmenų skaičius t).

pristatymas, pridėtas 2013-11-29


Šiuolaikinio asmeninio kompiuterio architektūra. Kompiuterio centrinių ir išorinių įrenginių tipai ir charakteristikos. Asmeninio kompiuterio konstrukcinės ir funkcinės schemos. Įrenginiai informacijai įvesti į sistemos bloką ir informacijai rodyti.

Kursinis darbas, pridėtas 2012-01-18


Kompiuterinių technologijų kūrimo istorija. Skaičiavimo įrenginio organizavimas („von Neumann architektūra“). Informacijos įvesties, apdorojimo, saugojimo ir išvesties įrenginiai. Bendrosios ir profesinės paskirties monitoriai, jų lyginamoji charakteristika.

santrauka, pridėta 2009-11-25


Pagrindinis-modulinis kompiuterio kūrimo principas. Pagrindinis (bus) informacijos mainų tarp įrenginių principas. Vidinė asmeninio kompiuterio struktūra: pagrindinių blokų sudėtis ir paskirtis. Informacijos įvesties ir išvesties įrenginiai.

santrauka, pridėta 2009-11-19


Kompiuterio programos valdymo faktorius. Pagrindinis-modulinis konstrukcijos principas. Vairasvirtė – manipuliatorius, skirtas informacijai apie rankų judesius įvesti. Sistemos bloko sudėtis. Įrenginiai, skirti informacijai iš kompiuterio atminties rodyti vartotojui.

pristatymas, pridėtas 2015-02-23


Asmeninio kompiuterio (PC) apimtis. Pagrindiniai kompiuterio blokai, kompiuterinio informacijos apdorojimo būdai. Įvesties ir išvesties įrenginiai, informacijos saugojimas: sisteminis blokas, klaviatūra, monitorius, pelė, skaitytuvas, skaitmenizatorius, spausdintuvas, diskų įrenginys.

pristatymas, pridėtas 2011-02-25


Pagrindinės asmeninio kompiuterio dalys: sisteminis blokas, įvesties ir išvesties įrenginiai. Pagrindiniai sistemos bloko elementai: pagrindinė plokštė, procesorius, RAM, talpyklos atmintis, diskai. Operacinė sistema, Windows objektai, langai.

santrauka, pridėta 2009-09-21


Pagrindinių šiuolaikinio asmeninio kompiuterio komponentų aprašymas, charakteristikos ir veikimo principai. Adresavimo principai, atminties homogeniškumas ir programos valdymo principas. Periferiniai įvesties įrenginiai. centriniai elementai.

santrauka, pridėta 2008-11-07


Asmeninio kompiuterio įrenginys: sisteminis blokas, aušinimo sistema, pagrindinė plokštė, procesorius, vaizdo plokštė, garso plokštė. Atmintis, informacijos saugojimo įrenginys. Asus N53SM nešiojamasis įrenginys: klaviatūra ir jutiklinė dalis, specifikacijos.

santrauka, pridėta 2012-12-05


Kompiuterio kaip savotiško skaičiuotuvo esmė. Mikroprocesoriaus – pagrindinio kompiuterio elemento, jo charakteristikos elektroninė grandinė, kuri atlieka visus skaičiavimus ir informacijos apdorojimą. Kompiuterinės technologijos istorija. Garso plokštės, klaviatūros darbas.

Asmeninio kompiuterio architektūra(PC) apima struktūrą, kuri atspindi kompiuterio sudėtį ir programinę įrangą.

- tai jos funkcinių elementų rinkinys (nuo pagrindinių loginių mazgų iki paprasčiausių grandinių) ir jungčių tarp jų.

Architektūra apibrėžia pagrindinių kompiuterio loginių mazgų, įskaitant procesorių, laisvosios kreipties atmintį, išorinius saugojimo įrenginius ir periferinius įrenginius, veikimo principus, informacinius ryšius ir sujungimą.

Pagrindinis visų šiuolaikinių kompiuterių kūrimo principas yra programinės įrangos valdymas.

Klasikinė von Neumann architektūra

Už 1946 USD Amerikos matematikai Jonas fon Neumannas, Vokietis Goldšteinas Ir Artūras Burksas bendrame straipsnyje jie išdėstė naujus kompiuterių konstravimo ir veikimo principus. Remiantis šiais principais, buvo pagaminti 1$-osios ir 2$-osios kartos kompiuteriai. Kitose kartose įvyko tam tikrų pokyčių, tačiau fon Neumanno principai (taip jie buvo vadinami) išliko.

Pagrindiniai von Neumanno principai:

1. Dvejetainės skaičių sistemos naudojimas kompiuteryje , kuriame įrenginiams daug lengviau atlikti aritmetines-logines operacijas nei dešimtaine.
2. Kompiuterio programinės įrangos valdymas . Kompiuterio veikimą valdo programa, kurią sudaro komandų rinkinys, kuris vykdomas nuosekliai viena po kitos. Sukūrus mašiną su atmintyje įrašyta programa, prasidėjo programavimas.
3. Duomenys ir programos saugomi kompiuterio atmintyje . Komandos ir duomenys dvejetainiu būdu koduojami taip pat.
4. Kompiuterio atminties ląstelės turi nuosekliai sunumeruotus adresus. Galimybė pasiekti bet kurią atminties vietą pagal jos adresą leido programuojant naudoti kintamuosius.
5. Sąlyginio šuolio galimybė programos vykdymo metu. Komandos kompiuteryje vykdomos nuosekliai, tačiau prireikus galite įgyvendinti perėjimą prie bet kurios kodo dalies.

Pagrindinis principas buvo tas, kad programa jau tapo nuolatinė dalis mašinos, bet kintamos, priešingai nei aparatas, kuris išlieka nepakitęs ir labai paprastas.

Von Neumann taip pat pasiūlė PC struktūrą (1 pav.).

1 pav. PC struktūra

Von Neumann mašinos sudėtis apėmė:

• saugojimo įrenginys (atmintis);
• aritmetinis loginis vienetas (ALU), kuris atliko visas aritmetines ir logines operacijas;
• valdymo įtaisas (CU), kuris koordinuoja visų mašinos mazgų veiksmus pagal programą;
• I/O įrenginiai.

Programos ir duomenys buvo įvesti į atmintį iš įvesties įrenginio per ALU. Visos programos komandos buvo įrašytos į atminties ląsteles nuosekliai, o apdorojimui skirti duomenys buvo įrašyti į savavališkas ląsteles.

Komandą sudarė atliktinos operacijos ir atminties langelių, kuriuose saugomi duomenys ir kuriuose turi būti atlikta reikiama operacija, adresai, taip pat langelio, kuriame turi būti parašytas rezultatas, adresas saugojimas atmintyje).

Iš ALU rezultatai išvedami į atmintį arba išvesties įrenginį. Iš esmės šie įrenginiai skiriasi tuo, kad atmintyje duomenys saugomi patogia kompiuteriniam apdorojimui, o išvesties įrenginiuose (monitoriuje, spausdintuve ir kt.) – žmogui patogia forma.

Signalai su komandomis gaunami iš CU į kitus įrenginius, o iš kitų įrenginių CU gauna informaciją apie jų vykdymo rezultatą.

CU yra specialus registras (ląstelė) - programų skaitiklis, kuriame rašomas pirmosios programos instrukcijos adresas. CU nuskaito atitinkamos atminties ląstelės turinį iš atminties ir įdeda jį į specialų įrenginį - instrukcijų registras. CU nustato komandos veikimą, atmintyje „pažymi“ duomenis, kurių adresai nurodyti komandoje, ir kontroliuoja komandos vykdymą. Operaciją atlieka ALU arba kompiuterio techninė įranga.

Įvykdžius komandą, programos skaitiklis padidinamas $1$ ir nurodo kitą programos komandą. Jei reikia eilės tvarka vykdyti komandą, kuri nesilaiko esamos, specialioje komandoje peršokti yra nurodytas langelio, į kurį turi būti perkeltas valdymas, adresas.

Šiuolaikinė kompiuterio architektūra

Šiuolaikinių kompiuterių architektūra yra pagrįsta bagažinės modulinis principas. Kompiuteris susideda iš atskirų dalių – modulių, kurie yra gana nepriklausomi kompiuterio įrenginiai (pavyzdžiui, procesorius, RAM, valdiklis, ekranas, spausdintuvas, skaitytuvas ir kt.).

Modulinis principas leidžia vartotojui savarankiškai atlikti reikiamą kompiuterio konfigūraciją ir prireikus ją atnaujinti. Modulinis sistemos organizavimas grindžiamas pagrindiniu informacijos mainų principu. Kad kompiuteris veiktų kaip vienas mechanizmas, būtina keistis duomenimis tarp įvairių įrenginių, kuriems sistemos (pagrindinė) magistralė, kuris pagamintas pagrindinėje plokštėje atspausdinto tiltelio pavidalu.

Pagrindinės asmeninio kompiuterio architektūros ypatybės yra sumažintos iki techninės įrangos išdėstymo principų, taip pat iki pasirinkto sistemos techninės įrangos rinkinio.

Šiai architektūrai būdingas jos atvirumas- galimybė į asmeninį kompiuterį įtraukti papildomų įrenginių (sistemų ir periferinių įrenginių), taip pat galimybė lengvai įterpti vartotojo programas bet kuriame lygyje programinė įranga PC.

1 pastaba

Taip pat yra susijęs su kompiuterio architektūros tobulėjimu maksimalus informacijos mainų su sistemos atmintimi pagreitis. Iš sistemos atminties, kurioje saugomi duomenys, kompiuteris nuskaito visas vykdomąsias komandas. Taigi centrinis procesorius atlieka didžiąją dalį skambučių į atmintį, o keitimosi su atmintimi pagreitis žymiai pagreitins visą sistemą.

Nes Naudojant sistemos magistralę keisti procesorius su atmintimi, reikia atsižvelgti į pačios magistralės greičio ribas, tada naudojant magistralę neįmanoma pasiekti reikšmingo duomenų mainų pagreitinimo.

Siekiant išspręsti šią problemą, buvo pasiūlytas toks metodas. Sistemos atmintis vietoj sistemos magistralės prijungta prie specialios didelės spartos magistralės, kuri yra nuotoliniu būdu arčiau procesoriaus ir nereikalauja sudėtingų buferių bei didelių atstumų. Tokiu atveju atmintis keičiama maksimaliu procesoriumi įmanomu greičiu, o sistemos greitkelis jo nesustabdo. Šis sprendimas tapo ypač aktualus padidėjus procesoriaus spartai.

Taigi, tampa kompiuterio struktūra iš vienos magistralės, kuri buvo naudojama tik pirmuosiuose kompiuteriuose trijų barų.

2 pav. Kompiuterio trijų magistralių struktūra

Šiuolaikiniuose kompiuteriuose ALU ir CU sudaro procesorių. Procesorius, susidedantis iš vienos ar kelių didelių integrinių grandynų, vadinamas mikroprocesoriumi arba mikroprocesorių paketu.

Kelių procesorių kompiuterio architektūra

Tai reiškia, kad kompiuteryje yra keli procesoriai daug duomenų srautų ir komandų gali būti organizuojami lygiagrečiai, t.y. Vienu metu gali būti vykdomi keli tos pačios užduoties fragmentai.

3 pav. Daugiaprocesoriaus kompiuterio architektūra

Kelių mašinų skaičiavimo sistema

Kelių mašinų skaičiavimo sistemos architektūroje kiekvienas procesorius turi savo RAM. Kelių mašinų skaičiavimo sistemos naudojimas yra efektyvus sprendžiant problemas, kurios turi labai ypatingą struktūrą, kurią turėtų sudaryti tiek kompiuterių, kiek sistema yra padalinta į laisvai susietas papildomas užduotis.

Daugiaprocesorinės ir kelių mašinų skaičiavimo sistemos turi pranašumą prieš vienprocesores greičio atžvilgiu.

Lygiagreti procesoriaus architektūra

Šioje architektūroje keli ALU veikia valdomi vieno valdymo bloko. Tai reiškia, kad daug duomenų gali apdoroti viena programa, t.y. vienu komandų srautu. Aukštą tokios architektūros našumą galima pasiekti tik atliekant užduotis, kuriose vienu metu atliekamos tos pačios skaičiavimo operacijos su skirtingais to paties tipo duomenų rinkiniais.

4 pav. Architektūra su lygiagrečiu procesoriumi

Šiuolaikinėse mašinose dažnai yra elementų įvairių tipų architektūrinius sprendimus. Yra ir kitų architektūrinių sprendimų, kurie skiriasi nuo aukščiau aptartų.

Pagrindinis kompiuterio kūrimo principas vadinamas architektūra. fon Neumannas – jį pasiūlęs vengrų kilmės amerikiečių mokslininkas Johnas von Neumannas.

Šiuolaikinę kompiuterių architektūrą lemia šie principai:

Programos valdymo principas. Suteikia kompiuterio skaičiavimo proceso automatizavimą. Pagal šį principą kiekvienai problemai išspręsti sukompiliuojama programa, kuri nustato kompiuterio veiksmų seką. Programos valdymo efektyvumas bus didesnis, kai problema bus sprendžiama ta pačia programa daug kartų (nors ir skirtingais pradiniais duomenimis).

Programos, saugomos atmintyje, principas. Pagal šį principą programos komandos, kaip ir duomenys, pateikiamos skaičių pavidalu ir apdorojamos taip pat, kaip ir skaičiai, o pati programa prieš vykdymą įkeliama į RAM, o tai pagreitina jos vykdymo procesą.

Atsitiktinės prieigos prie atminties principas. Pagal šį principą programos ir duomenų elementai gali būti įrašyti į savavališką RAM vietą, kuri leidžia pasiekti bet kurį nurodytą adresą (konkrečią atminties vietą) nežiūrint į ankstesnius.

Remiantis šiais principais, galima teigti, kad šiuolaikinis kompiuteris yra techninis įrenginys, kuris, įvedęs į atmintį pradinius duomenis skaitmeninių kodų pavidalu ir jų apdorojimo programa, taip pat išreikšta skaitmeniniais kodais, gali automatiškai atlikti programoje nurodytą skaičiavimo procesą ir duoda paruoštus rezultatus problemai išspręsti.žmogaus suvokimui tinkama forma.

Asmeninis kompiuteris, pavyzdžiui, IBM PC, turi gana tradicinę mikroprocesorinės sistemos architektūrą ir jame yra visi įprasti funkciniai vienetai: procesorius, nuolatinė ir laisvosios kreipties atmintis, įvesties / išvesties įrenginiai, sistemos magistralė, maitinimo šaltinis.

Pagrindinės asmeninių kompiuterių architektūros ypatybės redukuojamos iki techninės įrangos išdėstymo principų, taip pat iki pasirinkto sistemos techninės įrangos komplekto.

Pagrindiniai kompiuterio komponentai yra šie:

CPU yra mikroprocesorius su visomis būtinomis pagalbinėmis lustomis, įskaitant išorinę talpyklą ir sistemos magistralės valdiklį. (Laikinoji atmintis bus išsamiau aptarta kituose skyriuose.) Daugeliu atvejų keitimąsi sistemos magistralėje atlieka centrinis procesorius.

RAM gali užimti beveik visą procesoriaus adresuojamą atminties vietą. Tačiau dažniausiai jo tūris yra daug mažesnis. Šiuolaikiniuose asmeniniuose kompiuteriuose standartinis sistemos atminties kiekis paprastai yra nuo 64 iki 512 MB. Kompiuterio RAM veikia dinaminėse atminties lustuose, todėl ją reikia atkurti.

Nuolatinė atmintis (ROM BIOS - bazinė įvesties / išvesties sistema) yra mažo dydžio (iki 64 KB), yra paleidimo programa, sistemos konfigūracijos aprašymas, taip pat tvarkyklės (žemesnio lygio programos), skirtos sąveikai su sistemos įrenginiais.

Pertraukimo valdiklis konvertuoja sistemos magistralės techninės įrangos pertraukimus į procesoriaus aparatinės įrangos pertraukimus ir nustato pertraukimo vektorių adresus. Visus pertraukimo valdiklio darbo režimus nustato programinės įrangos procesorius prieš pradedant darbą.

Tiesioginės atminties prieigos valdiklis iš sistemos magistralės gauna užklausą RAP, perduoda ją procesoriui, o procesoriui pateikus magistralę, perduoda duomenis tarp atminties ir I/O įrenginio. Visus PDP valdiklio veikimo režimus nustato programinės įrangos procesorius prieš pradedant darbą. Kompiuteryje įmontuotų pertraukimų ir DMA valdiklių naudojimas leidžia žymiai supaprastinti naudojamų išplėtimo kortelių įrangą.

Regeneracijos valdiklis periodiškai atnaujina informaciją dinaminėje laisvosios kreipties atmintyje, atlikdamas specialius regeneravimo ciklus magistralėje. Visą regeneravimo ciklų laiką jis tampa magistralės šeimininku (šeimininku).

Duomenų baitų keitiklis padeda keistis duomenimis tarp 16 ir 8 bitų įrenginių, siųsti ištisus žodžius ar atskirus baitus.

Realaus laiko laikrodis ir laikmatis-skaitiklis - tai prietaisai, skirti vidiniam laiko ir datos valdymui, taip pat laiko intervalų programos eksponavimui, programos dažnio nustatymui ir kt.

Sistemos I/O įrenginiai - tai yra įrenginiai, kurie būtini, kad kompiuteris veiktų ir sąveikautų su standartiniais išoriniais įrenginiais per lygiagrečias ir nuosekliąsias sąsajas. Jie gali būti pagaminti pagrindinėje plokštėje arba išplėtimo plokštėse.

Išsiplėtimo plokštės yra sumontuoti sistemos pagrindinio tinklo lizduose (jungtyse) ir gali turėti RAM bei įvesties/išvesties įrenginius. Jie gali bendrauti su kitais magistralės įrenginiais programos režimu, pertraukimo režimu ir DMA režimu. Taip pat galima užfiksuoti magistralę, tai yra kuriam laikui visiškai atjungti nuo magistralės visus sistemos įrenginius.

Svarbus šios architektūros bruožas yra jos atvirumas , tai yra galimybė į kompiuterį įtraukti papildomus įrenginius, tiek sisteminius įrenginius, tiek įvairias išplėtimo plokštes. Atvirumas taip pat reiškia galimybę lengvai įterpti vartotojo programas bet kuriame kompiuterio programinės įrangos lygyje.

Pirmasis plačiai paplitęs šeimos kompiuteris IBM PC XT buvo pagamintas originalios PC XT-Bus sistemos pagrindo pagrindu. Vėliau (pradedant nuo IBM PC AT) jis buvo užbaigtas iki pagrindo, kuris tapo standartiniu ir buvo pavadintas ISA (pramonės standartine architektūra). Iki šiol ISA buvo kompiuterio pagrindas.

Tačiau nuo i486 procesorių atsiradimo (1989 m.) jis nustojo atitikti našumo reikalavimus ir buvo pradėtas dubliuoti greitesnėmis magistralės: VLB (VESA Local Bus) ir PCI (Peripheral Component Interconnect magistralė) arba pakeista į Su ISA suderinama EISA (patobulinta ISA). Pamažu PCI magistralė išstūmė savo konkurentus ir tapo de facto standartu, o nuo 1999 metų naujuose kompiuteriuose rekomenduojama visiškai atsisakyti ISA magistralės, paliekant tik PCI. Tiesa, tokiu atveju tenka atsisakyti per daugelį metų sukurtų išplėtimo kortelių naudojimo prisijungimui prie ISA magistralės.

Su dar viena asmeninio kompiuterio architektūros tobulinimo kryptis siejama maksimalus informacijos mainų su sistemos atmintimi pagreitis . Iš sistemos atminties kompiuteris nuskaito visas vykdomąsias komandas ir išsaugo duomenis sistemos atmintyje. Tai reiškia, kad procesorius atlieka didžiąją dalį skambučių į atmintį. Keitimosi su atmintimi pagreitinimas žymiai pagreitina visos sistemos veikimą.

Tačiau kai naudojate sistemos greitkelį atminties mainams, turite atsižvelgti į greitkelio greičio apribojimus. Sistemos greitkelis turi užtikrinti sąsają su daugybe įrenginių, todėl jis turi būti gana ilgas; reikia naudoti įvesties ir išvesties buferius, kad atitiktų pagrindines linijas. Keitimo ciklai sistemos greitkelyje yra sudėtingi ir negali būti pagreitinami. Dėl to greitkelyje neįmanoma pasiekti reikšmingo procesoriaus mainų su atmintimi pagreitinimo.

Kūrėjai pasiūlė tokį metodą. Sistemos atmintis jungiama ne prie sistemos magistralės, o prie specialios didelės spartos magistralės, esančios „arčiau“ procesoriaus, kuriai nereikia sudėtingų buferių ir didelių atstumų. Tokiu atveju mainai su atmintimi vyksta maksimaliai duotas procesorius greičiu, o sistemos greitkelis jo nesulėtina. Tai tampa ypač aktualu didėjant procesoriaus spartai (dabar asmeninių kompiuterių procesorių taktiniai dažniai siekia 1 – 3 GHz).

Taigi asmeninio kompiuterio struktūra iš vienos magistralės, naudota tik pirmuosiuose kompiuteriuose, tampa trijų barų.

Padangų paskirtis yra tokia:

centrinis procesorius ir talpioji atmintis (greita buferinė atmintis) yra prijungti prie vietinės magistralės;

atminties magistralė jungia kompiuterio RAM ir nuolatinę atmintį, taip pat sistemos magistralės valdiklį;

visi kiti kompiuterio įrenginiai yra prijungti prie sistemos magistralės (stuburo).

Visos trys padangos yra adresų linijos, duomenų linijos ir valdymo signalai. Tačiau šių padangų linijų sudėtis ir paskirtis nesutampa, nors atlieka tas pačias funkcijas. Procesoriaus požiūriu, sistemoje yra tik viena sistemos magistralė (greitkelis), per ją ji priima duomenis ir komandas bei perduoda duomenis tiek į atmintį, tiek į I/O įrenginius.

Laiko uždelsimas tarp sistemos atminties ir procesoriaus šiuo atveju yra minimalus, nes vietinė magistralė ir atminties magistralė yra sujungta tik paprasčiausiais greitaisiais buferiais. Yra dar mažiau delsos tarp procesoriaus ir talpyklos atminties, kuri yra tiesiogiai prijungta prie procesoriaus vietinės magistralės ir padeda pagreitinti procesoriaus mainus su sistemos atmintimi.

Jei kompiuteris naudoja dvi sistemines magistrales, pavyzdžiui, ISA ir PCI, tada kiekviena iš jų turi savo magistralės valdiklį ir veikia lygiagrečiai, nedarydami įtakos vienas kitam. Tada pasirodo jau keturių, o kartais ir penkių strypų konstrukcija.

	Kelių magistralių struktūros pavyzdys

Dažniausiuose Desktop klasės staliniuose kompiuteriuose kaip struktūrinis pagrindas naudojama sistema arba pagrindinė plokštė (pagrindinė plokštė), ant kurios yra visi pagrindiniai kompiuterio sistemos mazgai, taip pat keletas sistemos magistralės jungčių (lizdų). dukterinių plokščių prijungimui - išplėtimo plokštės (sąsajos moduliai, valdikliai, adapteriai). Paprastai šiuolaikinės pagrindinės plokštės leidžia pakeisti procesorių, pasirinkti jo laikrodžio dažnį, pakeisti ir išplėsti RAM, pasirinkti kitų mazgų darbo režimus.

A prioritetas, architektūra- tai sudėtingos sistemos, susidedančios iš daugelio elementų, kaip visumos, aprašymas.

Šiuolaikinio asmeninio kompiuterio architektūra – tai kompiuterio kūrimo principų apibendrinimas, kurį pasiūlė mokslininkų grupė, vadovaujama Johno von Neumanno. Klasikinėje Neumann kompiuterio architektūroje galima išskirti 5 pagrindinius blokus, parodytus fig. 2.1. Įvesties įrenginių (IU) pagalba dvejetainiu pavidalu pateikti duomenys ir programos patenka į mašinos laisvosios kreipties atmintį (RAM), arba atmintį. Programą formuojančioms komandoms įgyvendinti naudojamas aritmetinis loginis blokas (ALU), kuris atlieka aritmetines operacijas, palyginimo operacijas, loginę algebrą ir kt. RAM ir ALU sąveiką vykdo valdymo blokas (CU). Jos pagalba programa perkeliama iš RAM į ALU, surandami reikalingi duomenys, atliekami skaičiavimai, įrašoma atmintis, o rezultatas sutvarkomas išvesties įrenginio (UVv) pagalba.

Tikroji šiuolaikinio kompiuterio struktūra yra daug sudėtingesnė, nes norima pagerinti jo veikimą ir funkcionalumą.

Taigi asmeninio kompiuterio struktūroje atsirado talpyklos atmintis, buvo įvesti tiesioginės prieigos prie RAM kanalai, naudojami keistis duomenimis su įvesties / išvesties įrenginiais, apeinant mikroprocesorių.

Išoriniai įrenginiai jungiami prie kompiuterio techninės įrangos per specialius valdiklius (K) arba adapterius (A) – valdymo įrenginius, atlaisvinant procesorių nuo tiesioginio šios įrangos valdymo.

Asmeninio kompiuterio architektūroje atsirado koprocesorius- įrenginys, veikiantis lygiagrečiai su pagrindiniu procesoriumi ir atliekantis specifines operacijas: pavyzdžiui, matematinis koprocesorius skirtas sudėtingiems matematiniams skaičiavimams atlikti.

Sistemos blokas yra centrinė kompiuterio dalis. IN Sistemos bloko korpuse yra vidiniai kompiuterio įrenginiai. Sistemos bloką sudaro šie įrenginiai:

Sistemos (pagrindinės plokštės) plokštė su mikroprocesoriumi;

RAM;

Kietasis diskas;

Valdikliai arba adapteriai, skirti prijungti ir valdyti išorinius kompiuterio įrenginius (monitorių, garsiakalbius ir kt.);

Prievadai išoriniams įrenginiams (spausdintuvui,

pelės ir kt.);

Išoriniai diskelių ir lazerinių diskų saugojimo įrenginiai (VZU), tokie kaip CD-ROM ir DVD-ROM.

Pagrindinė plokštė yra asmeninio kompiuterio integruojantis (vienijantis) mazgas. Pagrindinė plokštė daugiausia lemia kompiuterio konfigūraciją, nes nuo jos parametrų priklauso naudojamo mikroprocesoriaus tipas, maksimalus RAM kiekis, išorinių kompiuterio įrenginių skaičius ir prijungimo būdai bei kitos charakteristikos.

Mikroprocesorius(arba CPU) yra pagrindinis kompiuterio lustas. Jis paleidžia programos kodą atmintyje ir valdo visus kompiuterio įrenginius tiesiogiai arba per atitinkamus valdiklius.

Bet kurio mikroprocesoriaus pagrindas yra šerdis, kurią sudaro milijonai tranzistorių, esančių ant silicio lusto. Mikroprocesorius turi specialias ląsteles, vadinamas bendrieji registrai(RON). Procesoriaus darbas yra pasirinkti iš atminties tam tikra instrukcijų ir duomenų seka ir juos vykdyti. Norint padidinti kompiuterio greitį, mikroprocesoriuje yra vidinė talpyklos atmintis.

Su IBM suderinamuose asmeniniuose kompiuteriuose naudojami Intel procesoriai turi daugiau nei tūkstantį instrukcijų ir priklauso procesoriams su išplėstiniu instrukcijų rinkiniu – CISC procesoriais (CISC – Complex Instruction Set Computing).

Duomenų ir komandų mainai tarp vidinių kompiuterio įrenginių vyksta per daugiagyslio kabelio laidininkus - sistemos magistralė. Pagrindinė sistemos magistralės užduotis – perduoti duomenis tarp procesoriaus ir kitų elektroninių kompiuterio komponentų. Yra trijų tipų padangos:

Duomenų magistralė;

Adresų magistralė;

Komandų autobusas.

Duomenų magistralė.Ši magistralė perduoda duomenis iš RAM į procesoriaus RON ir atvirkščiai. Kompiuteryje, pagrįstame „Intel Pentium“ procesoriais, duomenų magistralė yra 64 bitų, t.

Adresų autobusas.Šioje magistralėje yra perduodami RAM ląstelių adresai, kuriuose yra komandos, kurias turi vykdyti procesorius. Be to, per šią magistralę perduodami duomenys, kuriais veikia komandos. Šiuolaikiniuose procesoriuose adresų magistralė yra 32 bitų, tai yra, ji susideda iš 32 lygiagrečių laidų.

Komandų autobusas. Procesoriaus vykdomos instrukcijos gaunamos iš šios magistralės RAM. Komandos vaizduojamos baitais. Paprastos komandos užima vieną baitą, o sudėtingesnės – du, tris ar daugiau baitų. Dauguma šiuolaikinių procesorių turi 32 bitų komandų magistralę, nors yra ir 64 bitų procesorių su 64 bitų komandų magistrale.

Apsvarstykite pagrindines pagrindinių plokščių magistralės sąsajas, tačiau išsamiau gyvensime ties magistrale USB.

USB(Universal Serial Bus). Universali serijinė magistralė USB yra nepakeičiamas šiuolaikinio kompiuterio elementas, jis pakeitė pasenusius lygiagrečius ir nuosekliuosius prievadus. Padanga USB yra nuoseklioji duomenų sąsaja, skirta vidutinio ir mažo greičio periferiniams įrenginiams. Tai leidžia sujungti iki 256 skirtingų įrenginių su nuoseklia sąsaja. Padanga USB palaiko naujų įrenginių automatinį aptikimą (Plug and play), taip pat vadinamąjį „karštą“ ryšį, tai yra prisijungimą prie veikiančio kompiuterio jo nepaleidžiant iš naujo. Duomenų perdavimo sparta USB yra 1,5 Mbps. Be paaiškinimo pateikiame kitų tipų ^in: YRA(pramonės standartinė architektūra), PCI(Periferinių komponentų sujungimas), FSB(Priekinės pusės autobusas) AGP(Išplėstinis grafinis prievadas).

Visų tipų saugojimo įrenginiai, esantys sisteminėje plokštėje vidinė atmintis Kompiuteris, kuriame yra:

RAM;

Itin greita atmintis (cache atmintis);

Nuolatinė atmintis.

RAM atmintis(Random Access Memory) naudojama vykdomiesiems failams saugoti Šis momentas programas ir tam reikalingus duomenis. Per RAM, komandomis ir duomenimis keičiamasi tarp mikroprocesoriaus, išorinės atminties ir išorinių įrenginių. Didelis našumas lemia šio tipo atminties pavadinimą (veikiantį). Pagrindinė RAM savybė yra jos nepastovumas, t.y. duomenys joje saugomi tik įjungus kompiuterį.

Autorius fizinis principas veiksmai išskiria dinaminę atmintį DRAM ir statinė atmintis SRAM.

dinaminė atmintis Dėl savo paprastumo ir mažos kainos jis turi reikšmingą trūkumą, kurį sudaro būtinybė periodiškai atkurti (atnaujinti) atminties turinį.

Dinaminės atminties lustai naudojami kaip pagrindinė laisvosios kreipties atmintis (RAM) ir lustai statinis- talpyklos atminčiai.

Talpykla(Laikinoji atmintis) naudojama kompiuterio našumui pagerinti. „Caching“ principas yra naudoti greitą atmintį dažniausiai naudojamiems duomenims ar komandoms saugoti, tuo pačiu sumažinant prieigų prie lėtesnės RAM skaičių.

Tik skaitymo atmintis ROM(Tik skaitymo atmintis) yra skirta nekintamai informacijai saugoti ir yra tik skaitymo atminties (ROM) lustoje. ROM lustas geba ilgą laiką išsaugoti informaciją net ir išjungus kompiuterį, todėl tik skaitymo atmintis dar vadinama nepastoviąja atmintimi.

ROM esančių programų rinkinys sudaro pagrindinę įvesties / išvesties sistemą BIOS(Pagrindinis įvestis / išvestis su tem). BIOS yra programos, skirtos valdyti klaviatūrą, vaizdo plokštę, diskus, prievadus ir kitus įrenginius. Pagrindinis šių programų tikslas yra patikrinti sistemos sudėtį ir veikimą bei užtikrinti pagrindinių kompiuterio komponentų sąveiką prieš įkeliant bet kokią operacinę sistemą. Be to, BIOS yra bandomoji programa, kuri paleidžiama įjungus kompiuterį.

Nepaisant to, kad šiuolaikinius kompiuterių modelius rinkoje pristato daugybė įvairių prekių ženklų, jie surenkami nedaugelyje architektūrų. Su kuo tai susiję? Kokia yra specifinė šiuolaikinių kompiuterių architektūra? Kokie programinės ir techninės įrangos komponentai jį sudaro?

Architektūros apibrėžimas

Kas yra kompiuterio architektūra? Šis gana platus terminas paprastai suprantamas kaip loginių kompiuterinės sistemos surinkimo principų visuma, taip pat joje įdiegtų technologinių sprendimų skiriamieji bruožai. PC architektūra gali būti standartizacijos įrankis. Tai yra, jame esantys kompiuteriai gali būti surinkti pagal nustatytas schemas ir technologinius metodus. Tam tikrų koncepcijų sujungimas į vieną architektūrą palengvina PC modelio reklamavimą rinkoje, leidžia kurti skirtingų prekinių ženklų sukurtas, bet garantuotai tam tinkamas programas. Vieno kompiuterio architektūra taip pat leidžia kompiuterinės įrangos gamintojams aktyviai sąveikauti tobulinant tam tikrus kompiuterio technologinius komponentus.

Nagrinėjamas terminas gali būti suprantamas kaip kompiuterių ar atskirų jo komponentų surinkimo metodų rinkinys, priimtas tam tikro prekės ženklo lygiu. Šia prasme architektūra, kurią kuria gamintojas, yra jo intelektinė nuosavybė ir kurią naudoja tik jis, gali veikti kaip konkurencinis įrankis rinkoje. Tačiau net ir šiuo atveju skirtingų prekių ženklų sprendimai kartais gali būti klasifikuojami pagal bendrą koncepciją, kuri sujungia pagrindinius kriterijus, apibūdinančius įvairių modelių kompiuterius.

Sąvoką „PC architektūra“ kaip žinių šaką kompiuterių mokslas gali suprasti įvairiai. Pirmajame aiškinimo variante nagrinėjama sąvoka aiškinama kaip standartizuojantis kriterijus. Pagal kitą interpretaciją, architektūra veikiau yra kategorija, leidžianti vienam gamintojo prekės ženklui tapti konkurencingu su kitais.

Įdomiausias aspektas yra tai, kaip koreliuoja kompiuterio istorija ir architektūra. Visų pirma, tai yra klasikinio loginio kompiuterių dizaino atsiradimas. Panagrinėkime jo ypatybes.

klasikinė kompiuterių architektūra

Pagrindinius principus, pagal kuriuos turėjo būti kuriamas kompiuteris pagal tam tikrą loginę schemą, pasiūlė Johnas von Neumannas, puikus matematikas. Jo idėjas įgyvendino kompiuterių gamintojai nuo pirmųjų dviejų kartų. Johno von Neumanno sukurta koncepcija yra klasikinė kompiuterio architektūra. Kokios jo savybės? Daroma prielaida, kad kompiuterį turėtų sudaryti šie pagrindiniai komponentai:

Aritmetinis ir loginis blokas;

Valdymo prietaisai;

Išorinės atminties blokas;

RAM blokas;

Prietaisai informacijai įvesti ir išvesti.

Pagal šią schemą technologinių komponentų sąveika turėtų būti įgyvendinama tam tikra seka. Taigi, pirmiausia, duomenys iš kompiuterio programos patenka į kompiuterio atmintį, kurią galima įvesti naudojant išorinį įrenginį. Tada valdymo įrenginys nuskaito informaciją iš kompiuterio atminties ir siunčia ją vykdyti. Šiame procese, jei reikia, dalyvauja kiti kompiuterio komponentai.

Šiuolaikinių kompiuterių architektūra

Apsvarstykite, kokios yra pagrindinės šiuolaikinių kompiuterių architektūros ypatybės. Tai šiek tiek skiriasi nuo anksčiau išnagrinėtos koncepcijos, tačiau daugeliu atžvilgių ją tęsia. PC rakto funkcija naujausios kartos- aritmetinis, loginis blokas, taip pat tai, kad valdymo įrenginiai yra sujungti į vieną technologinį komponentą - procesorių. Daugeliu atžvilgių tai tapo įmanoma dėl mikroschemų atsiradimo ir tolesnio jų tobulinimo, kuris leido sutalpinti daugybę funkcijų į palyginti nedidelę kompiuterio dalį.

Šiuolaikinio kompiuterio architektūrai būdinga ir tai, kad jame yra valdikliai. Jie atsirado peržiūrėjus koncepciją, kurioje procesorius turėjo atlikti duomenų mainų su išoriniais įrenginiais funkciją. Dėl atsiradusių integrinių grandynų galimybių kompiuterių gamintojai nusprendė atskirti atitinkamą funkcinį komponentą nuo procesoriaus. Taip atsirado įvairūs mainų kanalai bei periferinės mikroschemos, kurios vėliau pradėtos vadinti valdikliais. Pavyzdžiui, tinkami aparatinės įrangos komponentai šiuolaikiniuose kompiuteriuose gali valdyti diskų veikimą.

Šiuolaikinių kompiuterių įrenginyje ir architektūroje naudojama magistralė. Pagrindinis jo tikslas yra užtikrinti ryšį tarp įvairių kompiuterio aparatinės įrangos elementų. Jo struktūra gali reikšti, kad yra specializuotų modulių, atsakingų už tam tikrą funkciją.

IBM architektūra

IBM sukūrė asmeninio kompiuterio architektūrą, kuri iš tikrųjų tapo vienu iš pasaulinių standartų. Ji skiriamasis bruožas– atvirumu. Tai yra, jame esantis kompiuteris nustoja būti galutiniu prekės ženklo produktu. IBM nėra rinkos monopolistas, nors vienas iš jos pionierių kuriant tinkamą architektūrą.

Naudotojas ar įmonė, kuriantis asmeninį kompiuterį pagal IBM platformą, gali nustatyti, kurie komponentai bus įtraukti į kompiuterio struktūrą. Taip pat galima vieną ar kitą elektroninį komponentą pakeisti pažangesniu. Sparti kompiuterinių technologijų plėtra leido įgyvendinti atviros PC architektūros principą.

Programinės įrangos funkcijos IBM architektūros kompiuteriams

Svarbus kriterijus priskiriant kompiuterį prie IBM platformos yra jo suderinamumas su skirtingomis operacinėmis sistemomis. O tai rodo ir nagrinėjamo architektūros tipo atvirumą. Kompiuteriai, priklausantys IBM platformai, gali būti valdomi Windows, Linux in dideliais kiekiais modifikacijas, taip pat kitas operacines sistemas, suderinamas su atitinkamos architektūros kompiuterio aparatūros komponentais. Be didelių prekinių ženklų programinės įrangos, IBM platformoje galima įdiegti įvairius autorinius programinės įrangos produktus, kurių išleidimui ir įdiegimui paprastai nereikia derinti su techninės įrangos gamintojais.

Tarp programinės įrangos komponentų, esančių beveik kiekviename IBM kompiuteryje, yra pagrindinė įvesties ir išvesties sistema, dar vadinama BIOS. Jis skirtas užtikrinti pagrindinių kompiuterio aparatinės įrangos funkcijų veikimą, neatsižvelgiant į tai, kokio tipo operacinė sistema jame įdiegta. Ir tai dar vienas, tiesą sakant, nagrinėjamos architektūros atvirumo požymis: BIOS gamintojai tolerantiški OS gamintojams ir bet kokiai kitai programinei įrangai. Tiesą sakant, tai, kad BIOS gali gaminti skirtingi prekės ženklai, taip pat yra atvirumo kriterijus. Funkciniu požiūriu skirtingų kūrėjų BIOS sistemos yra arti.

Jei BIOS neįdiegtas kompiuteryje, jo veikimas yra beveik neįmanomas. Nesvarbu, ar asmeniniame kompiuteryje įdiegta operacinė sistema – turi būti užtikrinta sąveika tarp kompiuterio aparatinės įrangos komponentų, o ją įgyvendinti galima tik naudojant BIOS. Norint iš naujo įdiegti BIOS kompiuteryje, reikia specialių programinės įrangos ir aparatinės įrangos įrankių, kitaip nei diegiant OS ar kitos rūšies programinę įrangą, veikiančią jame. Ši funkcija BIOS yra iš anksto nulemta tuo, kad ji turi būti apsaugota nuo kompiuterinių virusų.

Naudodamas BIOS, vartotojas gali valdyti kompiuterio aparatūros komponentus nustatydamas tam tikrus nustatymus. Ir tai taip pat yra vienas iš platformos atvirumo aspektų. Kai kuriais atvejais darbas su atitinkamais nustatymais leidžia pastebimai pagreitinti kompiuterio darbą, stabiliau veikti atskirus jo aparatūros komponentus.

Daugelio kompiuterių BIOS sistema yra papildyta UEFI apvalkalu, daugelio IT specialistų teigimu, tai yra gana naudingas ir funkcionalus programinės įrangos sprendimas. Tačiau pagrindinė UEFI paskirtis iš esmės nesiskiria nuo to, kas būdinga BIOS. Tiesą sakant, tai yra ta pati sistema, tačiau joje esanti sąsaja yra šiek tiek artimesnė kompiuterio operacinei sistemai būdingai.

Svarbiausias kompiuterių programinės įrangos tipas yra tvarkyklė. Tai būtina, kad kompiuteryje įdiegtas aparatūros komponentas tinkamai veiktų. Paprastai tvarkykles išleidžia kompiuterių įrenginių gamintojai. Tuo pačiu metu atitinkamos rūšies programinė įranga, suderinama su viena operacine sistema, pvz., „Windows“, paprastai netinka kitoms operacinėms sistemoms. Todėl vartotojas dažnai turi pasirinkti tvarkykles, suderinamas su tam tikro tipo kompiuterių programine įranga. Šia prasme IBM platforma nėra pakankamai standartizuota. Gali atsitikti taip, kad įrenginys, kuris puikiai veikia su Windows OS, negalės veikti Linux dėl to, kad vartotojas negali rasti tinkamos tvarkyklės arba dėl to, kad aparatūros komponento gamintojas tiesiog neturėjo laiko išleisti tinkamo programinės įrangos rūšis.

Svarbu, kad sprendimas, kuris turėtų būti įtrauktas į kompiuterio struktūrą, būtų suderinamas ne tik su specifine architektūra, bet ir su kitais kompiuterio technologiniais elementais. Kokius komponentus galima pakeisti šiuolaikiniuose kompiuteriuose? Tarp pagrindinių: pagrindinė plokštė, procesorius, RAM, vaizdo plokštė, kietieji diskai. Išsamiau apsvarstykime kiekvieno komponento specifiką, išsiaiškinkime, kas lemia jų suderinamumą su kitais aparatūros elementais, taip pat išsiaiškinkime, kaip praktikoje galima tiksliausiai įgyvendinti atviros kompiuterio architektūros principą.

Pagrindinė plokštė

Vienas iš pagrindinių šiuolaikinio kompiuterio komponentų yra pagrindinė plokštė arba sisteminė plokštė. Jame yra valdikliai, magistralės, tilteliai ir kiti elementai, leidžiantys tarpusavyje derinti įvairius techninės įrangos komponentus. Jos dėka iš tikrųjų įdiegta moderni kompiuterio architektūra. Pagrindinė plokštė leidžia efektyviai paskirstyti kompiuterio funkcijas įvairiems įrenginiams. Šis komponentas talpina daugumą kitų, būtent procesorių, vaizdo plokštę, RAM, kietuosius diskus ir kt. BIOS, svarbiausias kompiuterio programinės įrangos komponentas, daugeliu atvejų įrašytas vienoje iš pagrindinės plokštės lustų. Svarbu, kad atitinkami elementai nebūtų pažeisti.

Kai keičiate pagrindinę plokštę arba pasirenkate tinkamą modelį kompiuterio kūrimo proceso metu, turite įsitikinti, kad naujas pagrindinės plokštės modelis bus suderinamas su kitais techninės įrangos komponentais. Taigi, yra plokščių, kurios palaiko „Intel“ procesorius, ir yra tokių, kuriose galima įdiegti tik AMD lustus. Labai svarbu įsitikinti, kad naujoji plokštė palaikys esamus atminties modulius. Kalbant apie vaizdo plokštę ir standžiuosius diskus, paprastai nėra problemų dėl pakankamai aukštas lygis standartizavimo atitinkamose rinkose. Tačiau nepageidautina, kad naujoji pagrindinė plokštė ir šie komponentai per daug skiriasi gamybos lygiu. Priešingu atveju mažiau produktyvus elementas sulėtins visą sistemą.

CPU

Pagrindinis šiuolaikinio kompiuterio lustas yra procesorius. Atvira kompiuterio architektūra leidžia vartotojo nuožiūra kompiuteryje įdiegti galingesnį, našesnį, technologinį procesorių. Tačiau ši galimybė gali apimti daugybę apribojimų. Taigi, pakeisti Intel procesorių AMD, nekeičiant kito komponento – pagrindinės plokštės – apskritai neįmanoma. Taip pat problematiška įdiegti vieną lustą, o ne kitą tos pačios markės, bet kuri priklauso kitokio tipo technologinei linijai.

Įdiegdami galingesnį procesorių kompiuteryje, turite įsitikinti, kad RAM, kietieji diskai ir vaizdo plokštė technologiškai neatsilieka. Priešingu atveju, kaip pažymėjome aukščiau, mikroschemos pakeitimas gali neduoti laukiamo rezultato - kompiuteris neveiks greičiau. Pagrindiniai procesoriaus našumo rodikliai yra laikrodžio greitis, branduolių skaičius, talpyklos atminties dydis. Kuo jie didesni, tuo lustas veikia greičiau.

RAM

Šis komponentas taip pat tiesiogiai veikia kompiuterio našumą. Pagrindinės operatyviosios atminties funkcijos paprastai yra tokios pačios, kaip ir pirmųjų kartų kompiuteriams. Šia prasme RAM yra klasikinis aparatinės įrangos komponentas. Tačiau tai pabrėžia jo svarbą: iki šiol kompiuterių gamintojai nesugalvojo jam vertos alternatyvos.

Pagrindinis atminties našumo kriterijus yra jos dydis. Kuo jis didesnis, tuo greičiau kompiuteris veikia. Be to, kompiuterio moduliai turi laikrodžio dažnį, kaip ir procesorius. Kuo jis didesnis, tuo kompiuteris produktyvesnis. RAM pakeitimas turėtų būti atliktas įsitikinus, kad nauji moduliai yra suderinami su pagrindine plokšte.

Vaizdo plokštė

Pirmosios serijos PC architektūros principai nereiškė vaizdo plokštės kaip atskiro komponento paskirstymo. Tai yra, šis techninės įrangos sprendimas taip pat yra vienas iš kriterijų priskiriant kompiuterį prie šiuolaikinės kartos. Vaizdo plokštė yra atsakinga už kompiuterinės grafikos apdorojimą - vieną iš sudėtingiausių duomenų tipų, kuriems reikalingi didelio našumo lustai.

Šis techninės įrangos komponentas turėtų būti pakeistas, koreliuojant jo pagrindines charakteristikas su procesoriaus, atminties ir pagrindinės plokštės galia ir gamybos lygiu. Modelis yra toks pat, kaip pažymėjome aukščiau: nepageidautina, kad atitinkami kompiuterio elementai labai skirtųsi našumo požiūriu. Vaizdo plokštės pagrindiniai kriterijai yra vidinės atminties kiekis, taip pat pagrindinės mikroschemos laikrodžio dažnis.

Taip atsitinka, kad modulis, atsakingas už kompiuterinės grafikos apdorojimą, yra įmontuotas į procesorių. Ir tai negali būti laikoma ženklu, kad kompiuteris yra pasenęs, priešingai, panaši schema pastebima daugelyje šiuolaikinių kompiuterių. Ši koncepcija įgauna didžiausią populiarumą tarp nešiojamųjų kompiuterių gamintojų. Tai gana logiška: prekės ženklai turi užtikrinti, kad tokio tipo kompiuteriai būtų kompaktiški. Vaizdo plokštė yra gana didelis aparatinės įrangos komponentas, jos dydis dažniausiai yra pastebimai didesnis nei procesoriaus ar atminties modulio.

Kietieji diskai

Kietasis diskas taip pat yra klasikinis kompiuterio komponentas. Priklauso nuolatinių saugojimo įrenginių kategorijai. Būdinga šiuolaikinei kompiuterių architektūrai. Kietieji diskai dažnai saugo didžiąją dalį failų. Galima pastebėti, kad šis komponentas yra vienas mažiausiai reikliausių pagrindinės plokštės, procesoriaus, RAM ir vaizdo plokštės specifikai. Bet vėlgi, jei HDD pasižymi mažu našumu, tai yra tikėtina, kad kompiuteris veiks lėtu, net jei jame bus įdiegti kiti aparatūros komponentai, susiję su technologiškai pažangiausiais.

Pagrindinis disko veikimo kriterijus yra sukimosi greitis. Garsumas taip pat svarbus, tačiau šio parametro reikšmė priklauso nuo vartotojo poreikių. Jei kompiuteryje yra mažos talpos kietasis diskas su labai dideliu greičiu, tada kompiuteris veiks greičiau nei esant didelės talpos ir mažo atitinkamų įrenginio elementų greičiui.

Pagrindinė plokštė, procesorius, RAM ir vaizdo plokštė yra vidiniai kompiuterio komponentai. Kietasis diskas gali būti vidinis arba išorinis, tokiu atveju jis dažniausiai yra išimamas. Pagrindiniai kietojo disko analogai yra „flash drives“, atminties kortelės. Kai kuriais atvejais jie gali jį visiškai pakeisti, tačiau, jei įmanoma, vis tiek rekomenduojama kompiuteryje įrengti bent vieną standųjį diską.

Atviros kompiuterio architektūros koncepcija, žinoma, neapsiriboja galimybe pakeisti ir pasirinkti šiuos penkis komponentus. Yra daug kitų įrenginių, kurie yra kompiuterio dalis. Tai DVD diskai ir Blue-ray, garso plokštės, spausdintuvai, skaitytuvai, modemai, tinklo plokštės, ventiliatoriai. Atitinkamų komponentų rinkinį gali iš anksto nustatyti tam tikra firminio kompiuterio architektūra. Pagrindinė plokštė, procesorius, RAM, vaizdo plokštė ir kietasis diskas yra elementai, be kurių šiuolaikinis kompiuteris negali veikti arba jo veikimas bus itin sunkus. Jie daugiausia lemia darbo greitį. Ir todėl, užtikrinus technologinių ir modernių atitinkamo tipo komponentų įdiegimą kompiuteryje, vartotojas galės surinkti našų ir galingą kompiuterį.

Apple kompiuteriai

Kokių kitų kompiuterių architektūrų tipų yra? Tarp tų, kurie tiesiogiai konkuruoja su IBM architektūra, yra labai mažai. Pavyzdžiui, tai yra Apple Macintosh kompiuteriai. Žinoma, daugeliu atžvilgių jie panašūs į IBM architektūrą – turi ir procesorių, atmintį, vaizdo plokštę, pagrindinę plokštę ir kietuosius diskus.

Tačiau Apple kompiuteriai pasižymi tuo, kad jų platforma yra uždara. Vartotojas labai ribotai gali savo nuožiūra įdiegti komponentus kompiuteryje. „Apple“ yra vienintelis prekės ženklas, galintis legaliai gaminti atitinkamos architektūros kompiuterius. Taip pat „Apple“ yra vienintelis funkcinių operacinių sistemų, išleistų pagal savo platformą, tiekėjas. Taigi, tam tikri kompiuterių architektūros tipai gali skirtis ne tiek kompiuterio aparatūros komponentais, kiek gamintojų požiūriais į atitinkamų sprendimų išleidimą. Priklausomai nuo savo plėtros strategijos, įmonė gali sutelkti dėmesį į platformos atvirumą ar uždarumą.

Taigi, pagrindiniai šiuolaikinių asmeninių kompiuterių architektūros bruožai IBM platformos pavyzdžiu: monopolinio kompiuterių gamintojo prekės ženklo nebuvimas, atvirumas. Ir programinės, ir techninės įrangos aspektais. Kalbant apie pagrindinį IBM platformos konkurentą „Apple“, pagrindinės atitinkamos architektūros asmeninio kompiuterio savybės yra uždarumas, taip pat kompiuterių išleidimas pagal vieną prekės ženklą.