Магистрально модульный принцип построения компьютера
Обновлено: 03.07.2024
Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т. е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе.
Модульный принцип позволяет потребителю самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости его модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Магистраль или системная шина - это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.
Обмен информацией между отдельными устройствами ЭВМ производится по трем многоразрядным шинам, соединяющим все модули, - шине данных, шине адресов и шине управления.
Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает - это функция контроллера. Поэтому внешние устройства ЭВМ заменяемы, и набор таких модулей произволен.
Разрядность шины данных задается разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.
Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств , чтение данных с устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода.
Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ - код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы передаются в одном направлении, от процессора к устройствам, т. е. эта шина является однонаправленной.
По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.
Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо переферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. В случае несовместимости интерфейсов (например, интерфейс системной шины и интерфейс винчестера ) используют контроллеры.
Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным процессором, в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний (Interrupts). Система прерываний позволяет компьютеру приостановить текущее действие и переключиться на другие в ответ на поступивший запрос, например, на нажатие клавиши на клавиатуре. Ведь с одной стороны, желательно, чтобы компьютер был занят возложенной на него работой, а с другой - необходима его мгновенная реакция на любой требующий внимания запрос. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.
Прогресс компьютерных технологий идет семимильными шагами. Каждый год появляются новые процессоры, платы, накопители и прочие периферийные устройства. Рост потенциальных возможностей ПК и появление новых более производительных компонентов неизбежно вызывает желание модернизировать свой компьютер . Однако нельзя в полной мере оценить новые достижения компьютерной технологии без сравнения их с существующими стандартами.
Разработка нового в области ПК всегда базируется на старых стандартах и принципах. Поэтому знание их является основополагающим фактором для (или против) выбора новой системы.
В состав ЭВМ входят следующие компоненты:
- центральный процессор ( CPU );
- оперативная память (memory);
- устройства хранения информации ( storage devices );
- устройства ввода ( input devices );
- устройства вывода ( output devices );
- устройства связи ( communication devices ).
Во всех вычислительных машинах до середины 50-х годов устройства обработки и управления представляли собой отдельные блоки, и только с появлением компьютеров, построенных на транзисторах, удалось объединить их в один блок, названный процессором.
Процессор - это мозг ЭВМ. Он контролирует действия всех остальных устройств (devices) компьютера и координирует выполнение программ. Процессор имеет свою внутреннюю память , называемую регистрами, управляющее и арифметико-логическое устройства .
Процесс общения процессора с внешним миром через устройства ввода-вывода по сравнению с информационными процессами внутри него протекает в сотни и тысячи раз медленнее. Это связано с тем, что устройства ввода и вывода информации часто имеют механический принцип действия (принтеры, клавиатура, мышь ) и работают медленно. Чтобы освободить процессор от простоя при ожидании окончания работы таких устройств, в компьютер вставляются специализированные микропроцессоры-контроллеры (от англ. controller - управляющий). Получив от центрального процессора компьютера команду на вывод информации, контроллер самостоятельно управляет работой внешнего устройства. Окончив вывод информации, контроллер сообщает процессору о завершении выполнения команды и готовности к получению следующей.
Число таких контроллеров соответствует числу подключенных к процессору устройств ввода и вывода. Так, для управления работой клавиатуры и мыши используется свой отдельный контроллер . Известно, что даже хорошая машинистка не способна набирать на клавиатуре больше 300 знаков в минуту, или 5 знаков в секунду. Чтобы определить, какая из ста клавиш нажата, процессор , не поддержанный контроллером, должен был бы опрашивать клавиши со скоростью 500 раз в секунду. Конечно, по его меркам это не бог весть какая скорость. Но это значит, что часть своего времени процессор будет тратить не на обработку уже имеющейся информации, а на ожидание нажатий клавиш клавиатуры.
Таким образом, использование специальных контроллеров для управления устройствами ввода-вывода, усложняя устройство компьютера, одновременно разгружает его центральный процессор от непроизводительных трат времени и повышает общую производительность компьютера.
Существует два типа оперативной памяти - память с произвольным доступом ( RAM или random access memory ) и память, доступная только на чтение ( ROM или read only memory ). Процессор ЭВМ может обмениваться данными с оперативной памятью с очень высокой скоростью, на несколько порядков превышающей скорость доступа к другим носителям информации, например дискам.
Оперативная память с произвольным доступом ( RAM ) служит для размещения программ, данных и промежуточных результатов вычислений в процессе работы компьютера. Данные могут выбираться из памяти в произвольном порядке, а не строго последовательно, как это имеет место , например, при работе с магнитной лентой. Память , доступная только на чтение ( ROM ) используется для постоянного размещения определенных программ (например, программы начальной загрузки ЭВМ). В процессе работы компьютера содержимое этой памяти не может быть изменено.
Оперативная память - временная, т. е. данные в ней хранятся только до выключения ПК. Для долговременного хранения информации служат дискеты, винчестеры , компакт-диски и т. п. Конструктивно элементы памяти выполнены в виде модулей, так что при желании можно сравнительно просто заменить их или установить дополнительные и тем самым изменить объем общей оперативной памяти компьютера. Основными характеристиками элементов (микросхем) памяти являются: тип, емкость, разрядность и быстродействие .
В настоящее время отдельные микросхемы памяти не устанавливаются на материнскую плату . Они объединяются в специальных печатных платах, образуя вместе с некоторыми дополнительными элементами модули памяти ( SIMM - и DIMM -модули).
Устройства хранения информации используются для хранения информации в электронной форме. Любая информация - будь это текст, звук или графическое изображение, - представляется в виде последовательности нулей и единиц. Ниже перечислены наиболее распространенные устройства хранения информации.
Винчестеры (hard discs)
Жесткие диски - наиболее быстрые из внешних устройств хранения информации. Кроме того, информация, хранящаяся на винчестере, может быть считана с него в произвольном порядке (диск - устройство с произвольным доступом).
Емкость диска современного персонального компьютера составляет десятки гигабайт. В одной ЭВМ может быть установлено несколько винчестеров.
Оптические диски (cdroms)
Лазерные диски, как их еще называют, имеют емкость около 600 мегабайт и обеспечивают только считывание записанной на них однажды информации в режиме произвольного доступа. Скорость считывания информации определяется устройством, в которое вставляется компакт-диск (cdrom drive).
Магнито-оптические диски
В отличие от оптических дисков магнито-оптические диски позволяют не только читать, но и записывать информацию.
Флоппи диски (floppy discs)
В основе этих устройств хранения лежит гибкий магнитный диск, помещенный в твердую оболочку. Для того чтобы прочитать информацию, хранящуюся на дискете, ее необходимо вставить в дисковод (floppy disc drive ) компьютера. Емкость современных дискет всего 1.44 мегабайта. По способу доступа дискета подобна винчестеру.
Zip and Jaz Iomega discs
Это относительно новые носители информации, которые призваны заменить гибкие магнитные диски. Их можно рассматривать, как быстрые и большие по емкости (100 мегабайт - Zip, 1 гигабайт - Jaz) дискеты.
Компьютер – это многофункциональное электронное автоматическое устройство для накопления, обработки и передачи информации.
В 1946–1948 годах в Принстонском университете (США) коллектив исследователей под руководством Джона фон Неймана разработал проект ЭВМ, который никогда не был реализован, но идеи данного используются и по сей день. Этот проект получил название машины фон Неймана, или Принстонской машины. В его состав входили схема (рассматривается ниже) и принципы функционирования вычислительной машины:
1) Принцип программного управления: работа ЭВМ регламентируется программой, что позволяет, вводя разные программы, решать разные задачи. Команды, из которых состоит программа, интерпретируются специально введенным в схему устройством – устройством управления. Структура отдельной команды имеет вид:
<код операции> <операнды>, где <код операции> определяет, какая операция должна выполняться,
<операнды> – список (возможно, одноэлементный) тех констант, адресов или имен переменных, над которыми выполняется данная операция.
В зависимости от числа операндов различают одно-, двух– и трехадресные машинные команды. Каждая команда имеет определенный объем, измеряемый байтами.
Этот принцип был самым прогрессивным среди включенных в проект, поскольку обеспечивал универсальность ЭВМ. В соответствии с принципом программного управления любая ЭВМ – это совокупность аппаратной (технической) и программной частей;
2) Принцип условного перехода: команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые меняют последовательное выполнение команд в зависимости от значений данных;
3) Принцип размещения программы в памяти: программа, требуемая для работы ЭВМ, предварительно размещается в памяти компьютера, а не вводится команда за командой;
4) Принцип иерархии памяти: память ЭВМ неоднородна. Для часто используемых данных выделяется память меньшего объема, но большего быстродействия; для редко используемых данных выделяется память большего объема, но меньшего быстродействия;
5) принцип двоичной системы счисления: для внутреннего представления данных и программ в памяти ЭВМ применяется двоичная система счисления, которую можно проще реализовать технически.
Рисунок 3.1. Схема Принстонской машины
Рассмотрим назначение отдельных элементов этой схемы и их взаимосвязь в процессе функционирования ЭВМ.
Через устройство ввода (УВв) в память (П) вводится программа – набор команд, предписывающих ЭВМ выполнять требуемые действия (на схеме связь 1). При вводе программы (а позже и данных) выполняется отображение вводимой информации во внутреннее представление, принятое в ЭВМ.
После размещения программы в памяти устройство управления (УУ) выбирает последовательно команду за командой из памяти (связь 2) и интерпретирует ее по следующим правилам:
• если выбранная команда является командой ввода данных, УУ посылает управляющий сигнал (связь 3) в УВв для начала ввода данных. Данные также вводятся по связи 1 и размещаются в памяти П;
• если выбранная команда связана с выполнением арифметических или логических операций, то в память П из УУ посылается сигнал (связь 4) на выборку указанных в команде данных с последующей их пересылкой в арифметико-логическое устройство (АЛУ) (связь 5), а в само АЛУ передается сигнал с кодом нужной операции (связь 7). АЛУ выполняет арифметические и логические действия над переданными операндами. После выполнения требуемых действий, АЛУ возвращает результат в память П (связь 6);
• если выбранная команда является командой вывода, УУ генерирует управляющий сигнал устройству вывода (УВыв) (связь 8) на начало операции по выводу данных. Сами данные выбираются из памяти П по связи 9.
УВыв выводит информацию из ЭВМ и преобразует ее из внутреннего представления во внешнее.
В соответствии с принципом иерархии памяти блок Память на рис. 3.1 делится на два блока – внешняя и внутренняя память. Внешняя память традиционно отводится для долговременного хранения данных и программ, а сама оперативная обработка данных в соответствии с программой, как это было рассмотрено выше, выполняется во внутренней памяти.
В современных компьютерах блоки УУ и АЛУ объединены в блок, называемый процессором. В состав процессора, кроме указанных блоков, входят также несколько регистров – специальных небольших областей памяти, куда процессор помещает промежуточные результаты и некоторую другую информацию, необходимую ему в ближайшие такты работы.
Под архитектурой компьютера понимаются его логическая организация, структура, ресурсы, то есть средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип (рис. 3.2).
Рисунок 3.2. Магистрально-модульный принцип строения ЭВМ
Магистраль (системная шина) – это набор электронных линий, связывающих центральный процессор, основную память и периферийные устройства воедино относительно передачи данных, служебных сигналов и адресации памяти. Благодаря модульному принципу построения потребитель сам может комплектовать компьютер нужной ему конфигурации и производить при необходимости ее модернизацию.
Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией. Процессор выполняет арифметические и логические операции, взаимодействует с памятью, управляет и согласует работу периферийных устройств.
Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по образующим магистраль трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям связи), соединяющим все модули, – шине данных, шине адресов, шине управления. Разрядность шины определяется количеством бит информации, передаваемых по шине параллельно.
Магистраль включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления.
Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. За 25 лет, прошедших со времени создания первого персонального компьютера (1975 г.), разрядность шины данных увеличилась с 8 до 64 бит. К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести:
• запись/чтение данных из оперативной памяти (оперативное запоминающее устройство – ОЗУ);
• запись/чтение данных из внешних запоминающих устройств (ВЗУ);
• чтение данных с устройств ввода;
• пересылка данных на устройства вывода.
Шина адреса. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине. Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора, т. е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:
N = 2m, где N – разрядность шины адреса.
В первых персональных компьютерах разрядность шины адреса составляла 16 бит, а количество адресуемых ячеек памяти – N = 216= 65 536.
В современных персональных компьютерах разрядность шины адреса составляет 32 бита, а максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно: N = 232 = 4 294 967 296. Выбор абонента по обмену данными производит процессор, формируя код адреса данного устройства, а для ОЗУ – код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении – от процессора к устройствам (однонаправленная шина).
Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию – считывание или запись информации из памяти – нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т. д.
Классификации электронно-вычислительных машин
По назначению выделяют следующие виды компьютеров:
а) универсальные – предназначены для решения различных задач, типы которых не оговариваются. Эти ЭВМ характеризуются:
• разнообразием форм обрабатываемых данных (числовых, символьных и т. д.) при большом диапазоне их изменения и высокой точности представления;
• большой емкостью внутренней памяти;
• развитой системой организации ввода-вывода информации, обеспечивающей подключение разнообразных устройств ввода-вывода.
б) проблемно-ориентированные – служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных, выполнением расчетов по несложным правилам. Они обладают ограниченным набором аппаратных и программных средств.
в) специализированные – применяются для решения очень узкого круга задач. Это позволяет специализировать их структуру, снизить стоимость и сложность при сохранении высокой производительности и надежности. К этому классу ЭВМ относятся компьютеры, управляющие работой устройств ввода-вывода и внешней памятью в современных компьютерах. Такие устройства называются адаптерами, или контроллерами.
По размерам и функциональным возможностям различают четыре вида компьютеров: суперЭВМ, большие, малые и микроЭВМ.
СуперЭВМ являются мощными многопроцессорными компьютерами с огромным быстродействием. Многопроцессорность позволяет распараллеливать решение задач и увеличивает объемы памяти, что значительно убыстряет процесс решения. Они часто используются для решения экспериментальных задач, например, для проведения шахматных турниров с человеком.
Большие ЭВМ (их называют мэйнфреймами от англ. mainframe) характеризуются многопользовательским режимом (до 1000 пользователей одновременно могут решать свои задачи). Основное направление – решение научно-технических задач, работа с большими объемами данных, управление компьютерными сетями и их ресурсами.
Малые ЭВМ используются как управляющие компьютеры для контроля над технологическими процессами. Применяются также для вычислений в многопользовательских системах, в системах автоматизации проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.
По назначению микроЭВМ могут быть универсальными и специализированными. По числу пользователей, одновременно работающих за компьютером – много– и однопользовательские. Специализированные многопользовательские микроЭВМ (серверы – от англ. server) являются мощными компьютерами, используемыми в компьютерных сетях для обработки запросов всех компьютеров сети. Специализированные однопользовательские (рабочие станции – workstation, англ.) эксплуатируются в компьютерных сетях для выполнения прикладных задач. Универсальные многопользовательские микроЭВМ являются мощными компьютерами, оборудованными несколькими терминалами. Универсальные однопользовательские микроЭВМ общедоступны. К их числу относятся персональные компьютеры – ПК. Наиболее популярным представителем ПК в нашей стране является компьютер класса IBM PC (International Business Machines – Personal Computer).
По конструктивным особенностям ПК делятся на стационарные (настольные – тип DeskTop) и переносные.
Рисунок 3.3. Классификация персональных компьютеров по конструктивным особенностям
Переносные компьютеры обычно нужны руководителям предприятий, менеджерам, ученым, журналистам, которым приходится работать вне офиса – дома, на презентациях или во время командировок.
Notebook (блокнот, записная книжка) по размерам ближе к книге крупного формата. Имеет вес около 3 кг. Помещается в портфель-дипломат. Для связи с офисом его обычно комплектуют модемом. Ноутбуки зачастую снабжают приводами CD-ROM.
Многие современные ноутбуки включают в себя взаимозаменяемые блоки со стандартными разъемами. Такие модули предназначены для очень разных функций. В одно и то же гнездо можно по мере надобности вставлять привод компакт-дисков, накопитель на магнитных дисках, запасную батарею или съемный винчестер. Ноутбук устойчив к сбоям в энергопитании. Даже если он получает энергию от обычной электросети, в случае какого-либо сбоя он мгновенно переходит на питание от аккумуляторов.
Palmtop (наладонник) – самые маленькие современные персональные компьютеры. Умещаются на ладони. Магнитные диски в них заменяет энергонезависимая электронная память. Нет и накопителей на дисках – обмен информацией с обычными компьютерами идет по линиям связи. Если Palmtop дополнить набором деловых программ, записанных в его постоянную память, получится персональный цифровой помощник (Personal Digital Assistant).
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
9.5. Пример построения диаграммы кооперации
9.5. Пример построения диаграммы кооперации В качестве примера рассмотрим построение диаграммы кооперации для моделирования процесса телефонного разговора с использованием обычной телефонной сети (см. главу ф. Напомним, что объектами в этом примере являются два
§ 76. Два главных принципа построения интерфейсов
§ 76. Два главных принципа построения интерфейсов 21 декабря 2001По своему управлению микросистема Radiotehnika R-100 принципиально отличается от всех музыкальных систем, представленных сегодня на рынке. В Студии Лебедева придумана концепция с двумя идентичными пультами, каждый
Управление точностью построения объектов
Управление точностью построения объектов На вкладке построений Drafting диалогового окна Options, показанной на рис. 3.10, можно сделать следующие назначения. Рис. 3.10. Диалоговое окно управления точностью построения объектов• В области AutoSnap Settings назначаются следующие
1.2.1. Принципы построения модели IDEF0
1.2.1. Принципы построения модели IDEF0 На начальных этапах создания информационной системы необходимо понять, как работает организация, которую собираются автоматизировать. Для описания работы предприятия необходимо построить модель. Такая модель должна быть адекватна
Управление точностью построения объектов
Управление точностью построения объектов На вкладке построений Drafting диалогового окна Options, показанной на рис. 3.19, можно сделать следующие назначения. Рис. 3.19. Диалоговое окно управления точностью построения объектов• В области AutoSnap Settings назначаются следующие параметры
1.2.1. Принципы построения модели IDEF0
1.2.1. Принципы построения модели IDEF0 На начальных этапах создания ИС необходимо понять, как работает организация, которую собираются автоматизировать. Никто в организации не знает, как она работает в той мере подробности, которая необходима для создания ИС. Руководитель
Глава 6 Точность построения объектов
Глава 6 Точность построения объектов Объектная привязка координат Объектная привязка – наиболее быстрый способ точно указать точку на объекте, не обязательно зная ее координаты, а также построить вспомогательные линии. Например, объектная привязка позволяет построить
Варианты построения разрезов
Варианты построения разрезов Построение разреза с ограниченной глубинойДля построения разреза с ограниченной глубиной необходимо выбрать один из способов:• установить переключатель Horizontal Range (Глубина разреза), расположенный в области General (Общие настройки) окна
Для кого Google строит модульный смартфон? И останется ли Ara только смартфоном? Евгений Золотов
Модульный рюкзак-трансформер для современного горожанина Николай Маслухин
Принципы построения Fidonet
Принципы построения Fidonet В построении системы для обмена информацией, будь она в бумажной, электронной или любой другой форме, существует два различных подхода.Допустим, необходимо обеспечить некоему обществу людей возможность обмениваться информацией при помощи
В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип .
Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.
К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.
Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается. Быстродействие устройств зависит от тактовой частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах – МГц) и разрядности, т.е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт.
(Такт – это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройства компьютера). Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться.
Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в герцах – Гц, 1Гц = 1 такт в секунду):
Пропускная способность шины = разрядность шины × частоту шины
Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который во многом определяет архитектуру современного персонально компьютера.
Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:
- контроллер-концентратор памяти, или Северный мост, который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;
- контроллер-концентратор ввода-вывода, или Южный мост, обеспечивающий работу с внешними устройствами.
Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине (FSB от анл. FrontSide Bus).
В наиболее быстрых компьютерах частота системной шины составляет 400 МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой 400 МГц × 4 = 1600 МГц.
Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна 64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с = 100 Гбит/с = =12,5 Гбайт/с
В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины.
В современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8.
Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет
400 МГц × 8 = 3,2 ГГц.
Обмен данными между Северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти частота шины памяти может составлять 400 МГц × 4 = 1600 МГц, т.е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор.
Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:
64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с = 100 Гбит/сек = 12, 5 байт/с = 12800 Мбайт/с .
Устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы) подключаются к Южному мосту по шине SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment – последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.
Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web-камера, модем и др.) .
Что такое магистрально-модульный принцип построения компьютера? На чем он базируется? Каково техническое назначение такого принципа и зачем он вообще нужен в устройствах? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в ходе данной статьи.
Что такое магистраль в компьютере?
Магистраль иначе именуется специалистами как системная шина. Соответственно, магистрально-модульный принцип построения компьютера тогда будет базироваться на существовании некоторой шины данных, по которой они, собственно, и будут передаваться. На самом деле мы недалеки от правды. Магистраль компьютера – сложное техническое устройство, которое включает в себя три шины многоразрядного типа. Конкретнее о них будет сказано далее в статье, сейчас же расскажем в общих чертах, чтобы сформировать в понимании некоторую структуру и ассоциации, которые, быть может, кому-то в будущем послужат помощью.
Итак, магистраль компьютера включает в себя шину данных, а также шину адреса и управления. Что представляют собой эти шины? С точки зрения техники вышеназванные шины представляют собой систему линий многопроводного характера. Если говорить по существу, то именно к магистрали крепятся такие устройства, как планки процессора и оперативной памяти. Есть такое понятие, как устройства ввода и вывода. Это периферия, которой мы так привыкли пользоваться: клавиатуры, мониторы, мыши. Все это также подключается к магистрали. Магистрально-модульный принцип построения компьютера предполагает также подключение к системной шине устройств, хранящих информацию. Все эти устройства между собой обмениваются некоторым потоком информации, передающимся на любимом нами двоичном коде – так называемом “машинном языке”.
Что такое шина данных?
Шина данных имеет в компьютере достаточно важное значение, которое кроется, прежде всего, в передаче информационного потока. Он следует от некоторого одного устройства к другому. Вот самый простой пример: информацией о задаче обмениваются процессор и оперативная память.
Стоит параллельно отметить тот факт, что именно разрядность процессора будет оказывать определяющее влияние на разрядность шины данных. А что же тогда представляет собой разрядность процессора? На самом деле ничего сложного здесь нет. Разрядность процессора есть не что иное, как количество тех двоичных разрядов, которые одновременно процессором и обрабатываются, и передаются.
Зачем нужна шина адреса?
Магистрально-модульный принцип, как мы выяснили ранее, предполагает наличие трех шин. Назначение первой из них мы уже разобрали. А с вопросом о том, зачем нужна шина адреса, разберемся сейчас.
Итак, представьте себе такую вещь: пусть каждое устройство компьютера (ну или же можно взять ячейку планки оперативной памяти) имеет определенный адрес. К этим устройствам, к слову, процессор и передает данные. Чтобы адрес передать, как раз и используют адресную шину. На этом этапе следует сделать одно достаточно важное замечание: адрес передается исключительно в одностороннем порядке. Инициатором-источником сигнала служит центральный процессор, а вот роль приемников в этой своеобразной системе играют устройства компьютера. Это, как говорилось ранее, и оперативная память, и периферийный устройства, и так далее.
И вот когда разговор заходит уже о том, с чем связана разрядность шины адреса, можно выяснить одну очень интересную вещь. На самом деле разрядность данной шины будет оказывать влияние на объем так называемой адресуемой памяти. Его специалисты также называют адресным пространством. Причем будет оказываться даже не влияние, а полное определение. Иначе говоря, количество ячеек, приходящихся на оперативную память, и является адресуемой памятью. Она рассчитывается согласно следующей формуле: X = 2^y. Здесь Y – разрядность шины.
Какой смысл имеет наличие шины управления?
Шина управления также занимается передачей. Только не информационных потоков, а сигналов. Стоит сказать, что эти сигналы, по сути дела, и определяют, какой характер имеет обмен информацией, которая “гуляет” по всей магистрали. Проще говоря, сигналы говорят центральному процессору о том, какую операцию необходимо производить в настоящий момент времени. Это может быть как считывание данных из памяти, так и наоборот – запись новых данных. Кроме того, шина управления помогает синхронизировать дерево процессов, способствующих обмену информацией между теми или другими отдельными устройствами.
Как устроен центральный процессор?
Магистрально-модульный принцип построения ПК предполагает, что существует не только архитектура, составляемая из трех шин. Материнская плата, безусловно, объединяет разрозненные компьютерные детали в единое целое, благодаря чему мы на выходе получаем стабильную работу компьютера или ноутбука, другого устройства подобного рода. Но именно центральный процессор задает единую частоту, на которой будет работать вся система. Не будь его – и каждый отдельный элемент, каждая отдельная деталь работала бы на своей частоте и со своим интервалом времени. И что тогда? Тогда быстродействие компьютера было бы снижено в огромное количество раз, а его работа оказалась бы просто бессмысленной.
Центральный процессор представляет собой микросхему (или же электронный блок). Он занимается исполнением машинного кода, на котором пишутся те или иные программы. Если угодно, то центральный процессор исполняет инструкции, которые определяют работу компьютера как одного целого механизма. ЦПУ можно по праву назвать самым главным элементом аппаратного компьютерного обеспечения. Он также имеет место и в случае программирующих логических контроллеров. Иногда ЦП называют также микропроцессором.
Проводя аналогию с человеческим организмом, можно сказать, что центральный процессор есть не что иное, как “мозг”. Только он может выдать разрешение на выполнение той или иной программы. Он, наряду с материнской платой, командует тем, что происходит в компьютере, какие элементы подключаются к выполнению определенного задания, а какие – отключаются или перенаправляются на решение других задач.
Заключение
Итак, что мы узнали в ходе данной статьи? Магистрально-модульный принцип построения компьютера предполагает наличие системы из трех шин, каждая из которых имеет свои цели, а также центрального управляющего устройства (именуемого процессором) и остальных элементов. Шины передают сигналы, транслируемые от “центра” к периферийным устройствам, а также сигналами показывают, какой характер имеет эта информация.
Читайте также: