Дополнение 1 теме 6 (Все лекции Шамаевой в формате PDF)

Дополнение к теме 6Основой архитектуры современных компьютеров является магистральномодульный принцип организации аппаратных компонентов. Здесь все информационные иуправляющие потоки между устройствами организуются с помощью шинной технологии.Структуру ПК, изображенную на рисунке принято называть архитектурой с общейшиной(другое название - магистральная архитектура).

Ее главное достоинство —простота, возможность легко изменять конфигурацию компьютера путем добавленияновых или замены старых устройств. Отмеченные возможности принято называтьпринципом открытой архитектуры ПК.Рассмотренный рисунок отражает информационное взаимодействие междуустройствами, но применительно к персональному компьютеру. Этот рисунок содержитв себе некоторые конструктивные детали, характерные для ПК.

В нем присутствуетследующая информация: роль центрального процессора в ПК выполняетмикропроцессор; в качестве устройства ввода используется клавиатура; устройствавывода — монитор и принтер; устройство внешней памяти — дисковод.Информационная связь между устройствами осуществляется через общуюмногопроводную магистраль (шину); внешние устройства подсоединены к магистраличерез контроллеры.Можно сказать, что основным устройством ПК является микропроцессор (МП). Этомозг машины. В первую очередь, возможности МП определяют возможностикомпьютера в целом.

Для пользователя наиболее важным свойством ЭВМ является еебыстродействие, т.е. скорость обработки информации. Скорость работы компьютеразависит от целого ряда его характеристик. Важнейшими из них являются двехарактеристики процессора: тактовая частота и разрядность. Разрядность процессора— это размер той порции информации, которую процессор может обработать за однуоперацию (одну команду). Такими порциями процессор обменивается данными соперативной памятью.В системную магистраль (системную шину) микропроцессорной системы входиттри основные информационные шины: адреса, данных и управления.Шина данных— это основная шина, ради которой и создается вся система.

Количество ееразрядов (линий связи) определяет скорость и эффективность информационного обмена, атакже максимально возможное количество команд. Шина данных всегда двунаправленная,так как предполагает передачу информации в обоих направлениях. Наиболее частовстречающийся тип выходного каскада для линий этой шины — выход с тремясостояниями.Обычно шина данных имеет 8, 16, 32 или 64 разряда. Понятно, что за один циклобмена по 64-разрядной шине может передаваться 8 байт информации, а по 8-разрядной— только один байт. Разрядность шины данных определяет и разрядность всеймагистрали. Например, когда говорят о 32-разрядной системной магистрали,подразумевается, что она имеет 32-разрядную шину данных.Шина адреса— вторая по важности шина, которая определяет максимально возможнуюсложность микропроцессорной системы, то есть допустимый объем памяти и,следовательно, максимально возможный размер программы и максимально возможныйобъем запоминаемых данных.

Количество адресов, обеспечиваемых шиной адреса,определяется как 2N, где N — количество разрядов. Например, 16-разрядная шина адресаобеспечивает 65536 адресов. Разрядность шины адреса обычно кратна 4 и можетдостигать 32 и даже 64. Шина адреса может быть однонаправленной (когда магистральювсегда управляет только процессор) или двунаправленной (когда процессор можетвременно передавать управление магистралью другому устройству, напримерконтроллеру ПДП).Шина управления— это вспомогательная шина, управляющие сигналы на которой определяют типтекущего цикла и фиксируют моменты времени, соответствующие разным частям илистадиям цикла.

Кроме того, управляющие сигналы обеспечивают согласование работыпроцессора (или другого хозяина магистрали, master) с работой памяти или устройстваввода/вывода (устройства-исполнителя, slave). Управляющие сигналы также обслуживаютзапрос и предоставление прерываний, запрос и предоставление прямого доступа.Для снижения общего количества линий связи магистрали часто применяетсямультиплексирование шин адреса и данных. То есть одни и те же линии связииспользуются в разные моменты времени для передачи как адреса, так и данных (в началецикла — адрес, в конце цикла — данные). Для фиксации этих моментов (стробирования)служат специальные сигналы на шине управления.

Понятно, что мультиплексированнаяшина адреса/данных обеспечивает меньшую скорость обмена, требует более длительногоцикла обмена (Рис.1). По типу шины адреса и шины данных все магистрали также делятсяна мультиплексированные и немультиплексированные.Рис.1.Мультиплексирование шин адреса и данных.Порты и контроллеры.В IBM-совместимой компьютерной архитектуре можно разделить все устройства насистемные (процессор, оперативная память и т.д.) и внешние, которые подразделяютсяна запоминающие (жесткий диск, CR-ROM и т.д.) и устройства ввода/вывода(клавиатура, принтер и т.д.).

Каждое из устройств должно подсоединяться к системнойшине. Существуют следующие основные способы подключения устройств к системнойшине:РазъемИспользуется для системных устройств. Обычно встроен в материнскуюплату. Устройство, подключенное к разъему, с точки зрения архитектурыявляется жизненно необходимым для работы ПК. Системная шина также имеетразъемы на материнской плате для подключения контроллеров.

Наиболеераспространенными являются PCI, AGP и PCI-Express. Используя разъем,устройство подключается непосредственно к системной шинеПортПредставляет собой аналог разъема с тем отличием, что порт предназначендля подключения внешних устройств не соединяющихся напрямую сматеринской платой. Работу устройств, подключенных посредством портаобычно контролирует операционная система. Различают:• параллельные порты, в которых данные передаются параллельнымиблоками. Последовательные порты: COM.• последовательные порты, в которых данные передаютсяпоследовательно друг за другом. Параллельные порты: LPT.• последовательно-параллельные порты, в которых данныепередаются последовательно, но параллельными блоками.Последовательно-параллельные порты: USB.КонтроллерОбеспечивает сопряжение внешнего устройства и системной платы.Контроллеры бывают либо интегрированными (встроенными) в материнскуюплату (контроллер клавиатуры, жесткого диска и т.д.), либо выполняются в видеотдельной платы, вставляющейся в разъем на МП, в этом случае контроллерназывают адаптером (видеоадаптер, сетевой адаптер и т.д.).Общая организация узлов и устройств ЭВМ представлена на рисунке:.