Магистрально-модульный принцип

Основные устройства в составе ПК

Прогресс в области информационных технологий идет очень быстрыми шагами. Новые устройства появляются каждые пару лет. Тем не менее ряд устройств в составе ПК долгое время остается неизменным. Эти устройства являются основными. К ним относится:

• центральный процессор;
• оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ);
• постоянная память (постоянное запоминающее устройство, ПЗУ);
• устройства ввода данных;
• устройства вывода.

Процессор контролирует действия всех остальных устройств и выполнение программ. Главной характеристикой процессора является его разрядность. Разрядностью процессора называют число битов, которые процессор может обрабатывать одновременно. Процессоры на современных ПК имеют $32$ или $64$ разряда. Также современные процессоры имеют свою внутреннюю память, которая называется кеш-памятью.

Оперативная память служит для временного хранения программ, данных и промежуточных вычислений. Пользователь не может контролировать данные в оперативной памяти. К ней имеет прямой доступ только процессор. Обмен данными процессора и оперативной памяти происходит на очень высокой скорости (быстрее происходит только обмен данными процессора с его внутренней кеш-памятью). Скорость обмена данными других устройств с процессором намного ниже. Оперативная память является временной – данные в ней хранятся только до момента выключения ПК.

Рисунок 1.

Постоянная память служит для долговременного хранения данных, которое продолжается и после выключения компьютера. Пользователь может по своему усмотрению записывать и считывать данные, находящиеся в постоянной памяти, в отличии от данных, находящихся в оперативной памяти. К постоянной памяти относится жесткий диск компьютера, переносные винчестеры, флеш-память.

Рисунок 2.

Устройства ввода данных предназначены для занесения данных в память компьютера в процессе его работы. Простейшими устройствами ввода являются клавиатура и мышь. Кроме них можно часто столкнуться с такими устройствами ввода, как:

• микрофон – считывает звуковой сигнал;
• сканер – считывает графическую информацию;
• цифровой фотоаппарат;
• тачпад;
• графический планшет;

и многими другими.

Устройства вывода предназначены для преобразования результата обработки двоичной информации в форму удобную для восприятия человеком. К устройствам вывода относятся монитор, принтер, колонки, наушники и т.д.

Архитектура ПК

Это определение, конечно, весьма поверхностно. Даже когда мы говорим об архитектуре дома, то в мыслях разных людей это слово обретает несколько разный смысл. Для рядового жильца архитектура – это расположение комнат и служб. Для сантехника – это, прежде всего, система труб и водостоков. Для электрика – это то, как проложен электрический кабель. Для строителя – это несущие стены и распределение нагрузки перекрытий. На самом же деле архитектура дома – это все перечисленное взятое вместе с учетом взаимосвязей. Тоже самое можно сказать об архитектуре компьютера. Ее следует рассматривать на нескольких уровнях. Для обычного пользователя важно иметь представление о физическом уровне, который описывает отдельные устройства компьютера и их физическое взаимодействие, и о программном уровне, который отвечает за обработку полученных сигналов и логику взаимодействия отдельных устройств компьютера.

Архитектура современных компьютеров построена по так называемому магистрально-модульному принципу. Модульность предполагает пользователю самому подбирать нужную для него конфигурацию компьютера и заменять при необходимости отдельные устройства (модули). Модульная организация системы опирается на особый способ обмена информацией. Он называется магистральным или шинным. Системная шина (магистраль) - это набор линий, по которым при помощи электрического сигнала происходит передача данных и служебных сигналов между процессором, памятью, периферийными устройствами. Системная шина, так же как и процессор, характеризуется разрядностью – количеством битов, которые можно одновременно передать по шине. Разрядность системной шины и процессора совпадают. Системная шина делится на следующие функциональные части:

• шина данных;
• шина адресов;
• шина управления.

Рисунок 3.

Данные по шине данных передаются как от процессора к любому устройству, так и в обратном направлении. По шине управления передаются сигналы, которые синхронизируют взаимодействие устройств, обменивающихся данными. У каждого устройства или ячейки памяти есть свой адрес. Эти адреса передает шина адресов, обеспечивая прямые обращения устройств к памяти.

Подключение отдельных устройств к системной шине происходит на физическом и программном уровнях. Физический уровень отвечает за то, чтобы устройство могло получать и отправлять сигналы. Какие это сигнал, как они обрабатывается устройством, что делает устройство в зависимости от полученного сигнала – все это не является вопросами физического уровня. Это зона ответственности программного уровня. На программном уровне все взаимодействие управляется операционной системой – специальным комплексом взаимосвязанных программ, который предназначен для управления ресурсами компьютера и взаимодействия с пользователями.

Для подключения любого устройства к компьютеру на физическом уровне требуется специальная микросхема, которая называется контроллером устройства. Контроллер принимает сигналы от процессора, преобразует их в вид, понятный для данного устройства, и передает самому устройству. Точно также контроллер осуществляет обратное взаимодействие от устройства к процессору.

На программном уровне для подключения устройств используются специальные программы – драйверы. При помощи драйверов к устройству получает доступ операционная система.