Общие принципы организации и работы компьютеров

Вид материала

Документы

Содержание Классическая архитектура В общем случае, для использования каждого устройства, подключённого к компьютеру, необходим специальный драйвер.

Подобный материал:

• Лекция 11 Общие принципы организации и работы компьютеров , 109kb.
•  Глава Общие принципы организации и работы компьютеров , 872.11kb.
• Утверждаю, 205.51kb.
• Общие вопросы профилактики, лечения, реабилитации и организации помощи больным с умственной, 59.58kb.
• Рекомендации по организации штурманской службы на судах минморфлота СССР общие принципы, 826.66kb.
• Дата рождения: 15. 08. 1969г, 20.96kb.
• Лекция Классификация компьютеров  > По каким критериям классифицируют компьютеры?, 230.39kb.
• Должностная инструкция системного администратора I. Общие положения Системный администратор, 40.05kb.
• I. общие положения, 852.31kb.
• Цитология лекция 1, 424.89kb.

Классическая архитектура

В основу архитектуры современных ПК положен

магистрально-модульный принцип.

• Модульность заключается в возможности замены составных частей ЭВМ (модулей).
  
• Магистральный принцип основывается на обмене информацией между устройствами с помощью системной шины (магистрали).
  

Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью (системной шиной, шиной)

Системная шина — это «паутина», соединяющая между собой все устройства и отвечающая за передачу информации между ними. Расположена она на материнской плате и внешне не видна.

Системная шина — это набор проводников (металлизированных дорожек на материнской плате), по которым передается информация в виде электрических сигналов.


Шина состоит из трех частей:

• шина адреса
  
• шина данных
  
• шина управления
  

Шины представляют собой многопроводные линии.

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами.

Например, считанные из ОП данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники.


Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).
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 =2^I , где I — разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 32 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:

N == 2³² = 4 294 967 296.


Шина управления. По шине управления передаются сиг­налы, определяющие характер обмена информацией по ма­гистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию (считывание или запись) из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т.д. 

Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти. Убедившись, что шина в данный момент свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция – чтение, устройство – ОЗУ и т.п.) на шину управления. Теперь ему остается только ожидать ответа от ОЗУ. Последнее, “увидев” на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных. Разумеется, реальный процесс значительно подробнее, но нас сейчас не интересуют технические детали. Особо отметим, что обмен по шине при определенных условиях и при наличии определенного вспомогательного оборудования может происходить и без непосредственного участия процессора, например, между устройством ввода и внутренней памятью.

Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры.

Принцип открытой архитектуры заключается в следующем: Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями. Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.

Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter — между, и face — лицо).

Интерфейс — это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой.

Если интерфейс является общепринятым, например, утверждённым на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.

Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определённого типа — адресной, управляющей или шиной данных.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую,

а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме:



Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к компьютеру двояко:

• аппаратно – через контроллеры (или адаптеры) — устройства управления периферийными устройствами
  
• программно – через специальные программы – драйверы
  

Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.


Дра́йвер (англ. driver - водитель) – это компьютерная программа, с помощью которой операционная система получает доступ к аппаратному обеспечению стандартным образом.

В общем случае, для использования каждого устройства, подключённого к компьютеру, необходим специальный драйвер.

Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать.

Однако для более специфических устройств (таких, как графическая плата или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.

Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.

Портами также называют устройства стандартного интерфейса:

• последовательный
  
• параллельный
  
• USB- порты
  

Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами — побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно. USB (англ. Universal Serial Bus) — универсальная последовательная шина, предназначенная для периферийных устройств. Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств.

К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем.

К параллельному порту подсоединяют более "быстрые" устройства — принтер и сканер. USB-порт позволяет подключать устройства с встроенными или съемными модулями памяти без использования дополнительного программного обеспечения. С помощью USB-интерфейса можно просматривать фотографии напрямую с цифровых фотоаппаратов, слушать музыку и просматривать видеофайлы (в том числе DivX) с различных внешних источников. Подключение/отключение устройств от разъема USB можно осуществлять, не выключая основное устройство из сети питания (отсоединение устройства от USB-порта в момент передачи информации может привести к потере данных).

Через игровой порт подсоединяется джойстик.


Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам PS/2, которые представляют собой просто разъёмы.

Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (MotherBoard).

А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard — дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, называемых также слотами расширения (англ. slot — щель, паз).