Магистрально-модульный принцип архитектуры компьютера

Магистрально-модульный принцип

В основе архитектурного построения сегодняшних электронных вычислительных машин положены магистрально-модульные принципы. Модульность конструкции даёт возможность пользователям самим определять комплектацию и, как следствие, конфигурацию своих компьютеров, а в дальнейшем и модернизировать их, по мере необходимости.

Главной опорой модульности можно считать магистральную методику передачи информационных данных между модулями и устройствами. Магистраль, она же системная шина, состоит из трёх многоразрядных шин:

1. Шина данных.
2. Шина адреса.
3. Шина управления.

По шине данных выполняется обмен данным между модулями. К примеру, осуществляется выборка данных из оперативной памяти и передача их процессору, который их обрабатывает и направляет обратно в оперативную память или на модули вывода. Возможна передача данных между модулями в разных направлениях. Число разрядов шины данных равно разрядности процессора, то есть числу двоичных разрядов, обрабатываемых процессором за один тактовый период.

Шина адреса служит для определения процессором модуля или ячейки памяти, с которой будет выполняться обмен информационными данным. Всем модулям и ячейкам памяти присвоены свои оригинальные адреса. Код адреса пересылается по шине адреса, при этом посылаются эти коды только в направлении от процессора к другим устройствам. Число разрядов адресной шины определяет формат адресного пространства процессора. При 32-х разрядном процессоре его адресное пространство составит четыре Гбайта.

Шина управления служит для передачи управляющих сигналов, определяющих какой тип операции следует исполнить (запись или считывание данных, синхронизацию обмена и так далее).

Компоненты компьютера

Процессор является основным вычислительным компонентом. Главным его параметром является тактовая частота, то есть число выполняемых операций за одну секунду. Для сегодняшних компьютерных процессоров она измеряется в гигагерцах (ГГц). Важным параметром является также производительность процессора, которая зависит от нескольких характеристик, таких как тактовая частота, разрядность и архитектурное построение процессора. Производительность можно определить при тестировании компьютера по быстроте выполнения некоторых операций.

Оперативная память является составной частью электронной памяти. Существуют несколько типов электронной памяти, которые используется почти в любой вычислительной системе:

1. Оперативная или основная память (Main Memory). Этот тип памяти применяется для информационных обменов процессора с внешней памятью (например, ПЗУ) и устройствами ввода-вывода. Данный вид памяти обозначается как RAM ((Random Access Memory, что в переводе означает память с возможностью произвольной выборки). В России эту память принято называть ОЗУ (оперативное запоминающее устройство).
2. Память КЭШ (Cache Memory) или сверхоперативная память (СОЗУ). Она выступает как буфер обмена между центральным процессором и оперативной памятью. КЭШ-память сохраняет скопированные массивы данных тех адресов оперативной памяти, с которыми происходил последний обмен, и есть вероятность, что следующий обмен данными с этой же областью адресов будет выполнен более быстро.
3. Полупостоянная память. Этот тип памяти применяется для запоминания информационных данных о структуре вычислительной системы, и, кроме того, сохранения времени и даты системы. Для гарантированного сохранения информации применяется питание от аккумулятора.

Персональный компьютер выполняется на базе сверхбольших интегральных микросхем, и практически все они располагаются в системном блоке на отдельных платах. Главной платой системного блока можно считать системную или материнскую плату. На ней расположены центральный процессор, сопроцессор, оперативная память и ряд разъёмов для установки контроллеров внешних устройств или соединения с ними. То есть она представляет собой комплект разных модулей, которые обеспечивают функционирование компьютера.

Блок питания обеспечивает преобразование переменного напряжения электрической сети в несколько постоянных напряжений разной величины и полярности, которые необходимы для работы материнской платы и остальных устройств внутри системного блока. Для охлаждения компонентов системного блока и исключения перегрева, используется регулируемый вентилятор.

Системная шина или магистраль, находящаяся в системном блоке, представляет собой набор электрических соединений для связи процессора с памятью и внешними устройствами.

Клавиатура компьютера предназначается для ввода информационных данных в память компьютера посредством нажатия пользователем нужных клавиш. Обычная клавиатура, как правило, состоит из ста клавиш.

Мышь манипуляторного типа представляет собой устройство, позволяющее синхронизировать движение корпуса мыши по плоскости (коврику) с движением указателя на экране дисплея. Ввод данных выполняется расположением курсора в нужной экранной позиции и нажатием одной из клавиш на корпусе мыши.

Под монитором понимается устройство, которое обеспечивает диалог пользователя с компьютером посредством отображения на экране дисплея информационных данных в виде символов или графики. Графический режим дисплея представляет собой набор точек (пикселей), которые получаются при разбиении экранной поверхности на строки и столбцы. Число экранных пикселей принято называть разрешением дисплея в текущем режиме работы.