Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Основным недостаткомданной шины являлась ее несовместимость с IBM-совместимыми ПК.ПоэтомупроизводителиIBM-совместимыхПКразработалиальтернативную шину EISA.Шина EISA является жестко стандартизированным расширениемISA до 32 бит. Каждый слот и системная плата могут иметь селективноеразрешение адресации ввода-вывода и отдельные линии запроса/подтверждения на управление шиной. Арбитраж запросов выполняетспециальное устройство.
Шина дорогая и применяется в многозадачных422системах, на файл-серверах и везде, где требуется высокоэффективноерасширение ввода-вывода. Основным здесь является повышение производительности системы за счет снятия скоростных ограничений шиныISA и соблюдение принципа совместимости снизу вверх.С распространением графических пользовательских интерфейсов(например, Windows) шина В/В стала самым узким местом. Выход былочевиден - необходимо было часть операций по обмену данными осуществить через дополнительные быстродействующие слоты (локальнуюшину), подсоединенные к шине процессора.
Первая такая шина быласоздана для подключения видеосистемы к той точке, где можно быловоспользоваться высоким быстродействием шины процессора (для ПК спроцессором 80486).Чуть позже ассоциация VESA (Video Electronic StandardsAssociation) разработала конструкцию стандартной локально] шины,названной VL-BUS. Спецификация другой локальной шины PC обладаеттем основным преимуществом перед VL-bus, что ее можно использоватьнезависимо от типа CPU (специальный контроллер-интерфейс шинырасширения выполняет функции разделения управляющих сигналовлокальной шины процессора и PCI-шины, и одновременно осуществляетарбитраж на PCI). Рассмотренные шины относятся к внутренним шинам.Имеются и внешние шины (EIDE,SCSI,USB, и IEE1394-Fire Wire и др.).ПроцессорПроцессором называется определенная функционально полная совокупность устройств, которая регулирует, управляет и контролируетсоответствующий рабочий процесс.
В ПК таким рабочим процессом является процесс обработки данных, а сама совокупность устройств называется процессором. С развитием микроэлектронной технологии иувеличением степени интеграции элементов размещенный в однойэлектронной схеме (кристалле - чипе) "процессор" стал далее называться"микропороцессором"(МП). По мере развития МП его состав,архитектура и параметры естественно менялись.
Центральныйпроцессор ПК IBM и совместимых с ними может быть реализован намикросхемах фирмы Intel, AMD, Cyrix (VIA) или совместимых(поддерживающих набор команд 80x86).В состав микропроцессора входят несколько компонентов:Устройство управления (УУ) формирует и подает во все блокимашины в нужные моменты времени определенные сигналы управления(управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой423операции и результатами предыдущих операций; формирует адресаячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает этиадресавсоответствующиеблокикомпьютера;опорнуюпоследовательность импульсов устройство управления получает отгенератора тактовых импульсов.Рис.
5. Микропроцессоры AMD и IntelАрифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено длявыполнения всех арифметических и логических операций над числовойи символьной информацией (в некоторых моделях ПК для, ускорениявыполнения операций к АЛУ подключается дополнительныйматематический сопроцессор).Микропроцессорнаяпамять(МПП)предназначенадлякратковременного хранения, записи и выдачи информациинепосредственно используемой в ближайшие такты работы машины;МПП строится на регистрах для обеспечения высокого быстродействиямашины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скоростьзаписи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.
Регистры —быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие отячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкоебыстродействие).Интерфейсная система микропроцессора предназначена длясопряжения и связи с другими устройствами ПК; включает в себявнутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемыуправления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной.Генератор тактовых импульсов генерирует последовательностьэлектрических импульсов, частота которых определяет тактовуючастоту микропроцессора. Промежуток времени между соседнимиимпульсами определяет время одного такта, или просто такт работымашины. Частота генератора тактовых импульсов является одной изосновных характеристик персонального компьютера и во многом424определяет скорость его работы, поскольку каждая операция в вычислительной машине выполняется за определенное количество тактов.Дополнительные интегральные микросхемыК системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешнимиустройствами могут быть подключены и некоторые дополнительныеинтегральныемикросхемы,расширяющиеиулучшающиефункциональные возможности микропроцессора:— математический сопроцессор;— контроллер прямого доступа к памяти;— сопроцессор ввода-вывода;— контроллер прерываний и т.
дМатематический сопроцессор широко используется дляускоренного выполнения операций над двоичными числами сфиксированной и плавающей запятой, над двоично-кодированнымидесятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, втом числе тригонометрических функций. Математический сопроцессоримеет свою систему команд и работает параллельно (совмещенно вовремени) с основным МП, но под управлением последнего. Ускорениеопераций происходит в десятки раз. Современные модели МП, начиная сМП 80486 DX, включают сопроцессор в свою структуру.Контроллер прямого доступа к памяти (DMA — Direct MemoryAccess) обеспечивает обмен данными между внешними устройствами иоперативной памятью без участия микропроцессора, что существенноповышает эффективное быстродействие ПК. Иными словами, режимDMA позволяет освободить процессор от рутинной пересылки данныхмежду внешними устройствами и ОП, отдав эту работу контроллеруDMA; процессор в это время может обрабатывать другие данные илидругую задачу в многозадачной системе.Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МПсущественно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода приобслуживании нескольких внешних устройств (дисплея, принтера,НЖМД, НГМД и т.
д.); освобождает МП от обработки процедур вводавывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания.Прерывание — временный приостанов выполнения одной программы сцелью оперативного выполнения другой, в данный момент более важной(приоритетной) программы. Контроллер принимает запрос напрерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритетаэтого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. Микропроцессор,получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программыи переходит к выполнению специальной программы обслуживания того425прерывания, которое запросило внешнее устройство.
После завершенияпрограммы обслуживания восстанавливается выполнение прерваннойпрограммы. Контроллер прерываний является программируемым.Прерывания возникают при работе компьютера постоянно, достаточносказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются попрерываниям. Например, в компьютерах IBM PC прерывания от таймеравозникают и обслуживаются контроллером прерываний 18 раз в секунду(длятся эти прерывания тысячные доли секунды и поэтому пользовательих не замечает).Память является устройством хранения информации длядальнейшего использования. В общем виде система памяти ПК можетбыть разделена на системную и внешнюю. Память, хранящаяобрабатываемые в текущее время данные и выполняемые команды(программу), называется основной памятью.
Это RAM (Random AccessMemory), т.е. память с произвольным доступом. Она составляет основусистемной памяти. В ПК в большинстве случаях основная оперативнаяпамять строится на микросхемах динамического типа (DRAM —Dynamic Random Access Memory), где в качестве ЗЭ используетсяпростейший элемент, состоящий в наилучшем случае всего из одноготранзистора и одного конденсатора. Хранение в ЗЭ 1 или 0 определяетсясоответственно наличием или отсутствием заряда на конденсаторе.Основными причинами более широкого применения этой памятиявляется высокая плотность интеграции (увеличение числа ЗЭ на чип исокращение числа чипов, необходимых для одного модуля), малоепотребление энергии (тратится минимум энергии на хранение одногобита, уменьшается потребляемая системой общая мощность, снижаетсястоимость) и т.
д. Но имеются и недостатки. Каждый ЗЭ представляет,по сути дела, разряжаемый со временем конденсатор. Поэтому чтобыпредотвратить потерю хранящейся в конденсаторах информации,микросхема RAM постоянно должна регенерироваться. Имеется другойвид памяти, который лишен этого недостатка. Эта память называетсястатической ( Static RAM - SRAM), где в качестве ЗЭ используется, такназываемый, статический триггер (состоящий из 4-6 транзисторов).
Изза сложности ЗЭ плотность упаковки SRAM меньше, чем DRAM.Следовательно, если бы SRAM устанавливалась в качестве оперативнойпамяти, то это привело бы к увеличению быстродействия ПК. Однакопри этом существенно изменилась бы и его стоимость, посколькустоимость микросхемы SRAM значительно выше стоимости DRAM ипрямо пропорционально быстродействию. Для повышения быстродействия в настоящее время применяются различные архитектурно-логические решения.
Сейчас имеется множество различных типов памятей,сильно отличающиеся друг от друга своими основными характеристиками.426Основная ПамятьОсновная память (ОП) предназначена для хранения иоперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОПсодержит два вида запоминающих устройств:— постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM — Read OnlyMemory) предназначено для хранения неизменяемой (постоянной)программной и справочной информации; позволяет оперативнотолько считывать информацию, хранящуюся в нем (изменить информацию в ПЗУ нельзя);— оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM — RandomAccess Memory) предназначено для оперативной записи, хранения исчитывания информации (программ и данных), непосредственноучаствующейвинформационно-вычислительномпроцессе,выполняемом ПК в текущий период времени.Главными достоинствами оперативной памяти являются еевысокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейкепамяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке).
В качественедостатка оперативной памяти следует отметить невозможностьсохранения информации в ней после выключения питания машины(энергозависимость).Объем ОЗУ обычно составляет от 32 до 512 Мбайт. Длянесложных административных задач бывает достаточно и 32 МбайтОЗУ, но сложные задачи компьютерного дизайна могут потребовать от512 Мбайт до 2 Гбайт ОЗУ.Обычно ОЗУ исполняется из интегральных микросхем памятиSDRAM (синхронное динамическое ОЗУ). Каждый информационныйбит в SDRAM запоминается в виде электрического заряда крохотногоконденсатора, образованного в структуре полупроводниковогокристалла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
