Основы построения ЭВМ Преподаватель Детёнышева Екатерина Сергеевна

Определение ЭВМ ЭВМ- это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач. Структура ЭВМ- это совокупность ее элементов и их связей. Различают структуру технических, программных, и аппаратно- программных средств.

Архитектура ЭВМ Под архитектурой ЭВМ понимают описание устройства и принципов работы компьютера, достаточное для пользователя и программиста. Архитектура не включает в себя конструктивных подробностей устройства машины, электронных схем. Эти сведения нужны конструкторам, специалистам по наладке и ремонту ЭВМ.

Архитектура ЭВМ Архитектура ЭВМ- это многоуровневая иерархия аппаратно- программных средств, из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение.

Архитектура ЭВМ В основу архитектуры современных компьютеров положен магистрально – модульный принцип и принцип Джона фон Неймана.

Определение Архитектура современных персональных компьютеров (ПК) основана на магистрально- модульном принципе Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Магистральный (шинный) принцип - устройства компьютера соединяются между собой информационными магистралями (среди них особую роль играет системная магистраль)

Магистрально – модульный принцип построения компьютера 1. Компьютер не является неделимым, цельным объектом. Он состоит из некоторого количества устройств – модулей. Связаны все модули компьютера между собой через набор электронных линий – магистраль. Магистраль обеспечивает обмен данными между устройствами компьютера.

Принципы фон Неймана Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом. Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах.

Магистрально – модульный принцип построения компьютера 2. Джон фон Нейман изучив конструкцию первых ЭВМ, пришёл к идее нового типа логической организации ЭВМ, а именно: - наличие устройства ввода – вывода информации; - адресуемая память; - процессор, состоящий из устройства управления и арифметико – логического устройства; - Данные и программы хранятся вместе.

Магистрально – модульный принцип построения компьютера Для связи основных устройств компьютера между собой используется специальная информационная магистраль, обычно называемая инженерами шиной. Шина – это кабель, состоящий из множества проводов. Шина – совокупность токопроводящих линий, по которым обмениваются информацией устройства компьютера.

Магистрально – модульное устройство компьютера Отличительным признаком шины от других систем соединения является наличие трех групп линий, по каждой из которых передается свой вид информации: шины данных, шины адреса, шины управления Шина состоит из трёх частей: Шина данных Шина адреса Шина управления магистраль Шина, связывающая только два устройства, называется портом

Системная магистраль Системная магистраль или системная шина - это набор электронных линий, связывающих воедино центральные устройства (процессор, оперативная память) с периферийными устройствами (клавиатура, принтер, винчестер и т.д.) через устройства сопряжения (адаптеры, контроллеры). Назначение: Это главная магистраль, по которой происходит обмен информацией между процессором и памятью и их связь с периферийными устройствами Схема магистрально-модульного принципа построения ПК

Шина данных Шина данных – передаёт данные между различными устройствами. Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Может быть 8,16,32, 64 бита.

Шина адреса Шина адреса – передаёт адрес устройства к которому обращается процессор. Сигналы передаются в одном направлении (однонаправленная шина). Разрядность шины адреса определяется объёмом адресуемой памяти. Может быть 16, 20, 24, 32, 36 битов.

Шина адреса 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. шина адресов однонаправленная.

Пример: Компьютеры с процессором имеют 24-разрядную адресную шину и могут адресовать память объемом 4 Мб (2 24 = байтов=16 Мб). Компьютеры семейства Pentium – 32 разрядную адресную шину и могут адресовать память объемом 4 Гб.

Шина управления Шина управления – передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию – считывание или запись информации из памяти – нужно производить. Синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

ИНТЕРФЕЙС 1. Система связей и взаимодействия устройств компьютера. 2. Средства взаимодействия пользователей с операционной системой компьютера, или пользовательской программой.операционной системой Для согласования интерфейсов все внешние устройства подключаются к шине через свой порт.

Порт устройства - микросхема: - содержащая один или несколько регистров ввода-вывода; - позволяющая подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам процессора.

Порты бывают последовательные и параллельные. К последовательным портам подсоединяются медленно действующие или удалённые устройства(мышь, модем), А к параллельным - более «быстрые» (сканер, принтер)

Подключение к магистрали Подключение устройств компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами.

Контроллер 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, отвечает лишь соответствующий контроллер. Поэтому внешние (периферийные) устройства ПК заменяемы, и набор таких модулей произволен.

Драйвер Драйвер – это программа, обеспечивающая взаимодействие операционной системы с соответствующим устройством вычислительной системы (драйвер клавиатуры, драйвер принтера и т.п.). Драйвер обрабатывает прерывания обслуживаемого устройства, поддерживает очередь запросов к нему и преобразует запросы в команды управления устройством.

Быстродействие системы ПК Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост).

Функциональное устройство компьютера. Системный блок процессор Внутренняя память Информационная магистраль Блок питания Внешняя память Монитор Клавиатура Мышь