Современная ЭВМ

Архитектура компьютеров 4-го поколения.

Впервые была применена концепция открытой архитектуры, которая позволила пользователям добавлять новые компоненты к их компьютерам без замены всего устройства. Две тенденции - распределение вычислительных ресурсов, оснащение персональными компьютерами рабочих мест и необходимость объединения вычислительных ресурсов для решения общих задач большого объема - привели к сетевому буму. Для объединения рабочих групп (вычислительных станций, в качестве которых чаще всего используют персональные компьютеры) в вычислительные сети необходимы специализированные машины - серверы.

В архитектуре серверов и суперсерверов используется несколько процессоров, высокоскоростная система шин.

Технология заказных СБИС позволила перейти к ЭВМ на специализированных процессорах, процессорах ассоциативного типа, основной операцией которых является операция сравнения.

Подведем итог:

Компьютеры 4-го поколения строятся на СБИС, с дальнейшим увеличением интеграции без изменения технической базы;

расширется многофункциональность процессора (используются принципы конвейерной обработки данных и команд);

для согласования скорости работы процессора и памяти вводится буферная память (кэш 1-го уровня) между регистровой памятью процессора (СОЗУ) и оперативной памятью (ОЗУ);

используются устройства логического предсказания последующих переходов; используются специальные устройства формирования адресов для работы с кэш памятью 1-го уровня;

используется модульный принцип построения вычислительных систем, позволяющий наращивать их мощность;

для реализации режимов реального времени и разделения времени используются сети ЭВМ;

используется режим мультипрограммирования, многозадачности, реализованный аппаратно и программно;

разрабатываются новые архитектуры многомашинных и многопроцессорных систем.

Можно сказать, что процесс развития вычислительных систем четвертого поколения продолжается.

Работа над первым персональным компьютером IBM PC была закончена в 1981 году компанией IBM. Разработчикам была предоставлена полная сводоба действий и очень ограниченный бюджет. Свобода состояла в том, чтобы не заниматься разработкой персонального компьютера (ПК) «с нуля», а воспользоваться готовыми блоками других фирм. Сотрудники подразделения стали выбирать лучшие предложения, имеющиеся на тот момент. В качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новенький тогда микропроцессор Intel-8088 (известнейшей на сегодняшний день фирмы Intel). Японский зеленый экран монитора (нет пореключаталя «вкл/выкл -») (24 строки, 80 позиций), «кликающая» клавиатура с небольшими клавишами Shift и Return и дисковая операционная система DOS малоизвестной фирмы Microsoft.

Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. Существовал некий базовый состав блоков, необходимый для работы ПК (осуществляет обработку информации). Он смонтирован на основной электронной плате компьютера IBM PC (системной, или материнской, плате). Узлы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера – монитором, дисками, принтером – реализованы на отдельных платах (контроллерах), которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате – слоты. К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий металлический или пластмассовый корпус – системный блок. Ни эти компоненты, ни система ввода-вывода не были лицензированы. Более того, методы сопряжения устройств с компьютером IBM PC не только не держались в секрете, но и были доступны всем желающим, принцип соединения частей в целое был подробно описан.

Компьютер получается модульным. Он легко расширяется и модернизируется с использованием этих гнезд, к которым пользователь может подключать разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым конфигурировать свою машину в соответствии с личными предпочтениями.

Это возможно потому, что каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) подсоединяется к единой общей для всего компьютера магистрали – системной шине. Можно сказать, что это провод с ответвлениями, идущими к слотам. Для согласования работы (интерфейсов) периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры или адаптеры (наборы электронных цепей, узлы), которые и соединяются со слотами.

Открытая архитектура позволяет другим производителям разрабатывать дополнительные устройства к системам с такой архитектурой. Детали компьютера совместимы и взаимозаменяемы, компьютер легко модернизировать, приобретая и устанавливая новые устройства, заменять вышедшие из строя и устаревшие детали новыми. Наибольшую выгоду от открытости архитектуры IBM PC получили пользователи, поскольку открытость архитектуры IBM PC привела к появлению множества производителей «IBM PC-совместимых компьютеров» и росту конкуренции между производителями комплектующих, что привело к удешевлению деталей компьютеров и их широкому распространению.

Эта схема во многом характерна как для микроЭВМ, так и для мини ЭВМ и ЭВМ общего назначения.

Рассмотрим устройства подробнее.

Основная часть— микропроцессор (МП) или CPU (Central Processing Unit), он управляет работой всех узлов ПК и программой, описывающей алгоритм решаемой задачи. МП имеет сложную структуру в виде электронных логических схем. В качестве его компонент можно выделить:

АЛУ- арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций над данными и адресами памяти.

Регистры или микропроцессорная память — сверхоперативная память, работающая со скоростью процессора, АЛУ работает именно с ними;

УУ - устройство управления - управление работой всех узлов МП посредством выработки и передачи другим его компонентам управляющих импульсов, поступающих от кварцевого тактового генератора, который при включении ПК начинает вибрировать с постоянной частотой (100 МГц, 200-400 МГц). Эти колебания и задают темп работы всей системной платы;

СПр - система прерываний - специальный регистр, описывающий состояние МП, позволяющий прерывать работу МП в любой момент времени для немедленной обработки некоторого поступившего запроса, или постановки его в очередь; после обработки запроса СПр обеспечивает восстановление прерванного процесса;

Устройство управления общей шиной — интерфейсная система.

Для расширения возможностей ПК и повышения функциональных характеристик микропроцессора дополнительно может поставляться математический сопроцессор, служащий для расширения набора команд МП.

Интерфейсная система - это:

шина управления (ШУ) - предназначена для передачи управляющий импульсов и синхронизации сигналов ко всем устройствам ПК;

шина адреса (ША) - предназначена для передачи кода адреса ячейки памяти или порта ввода/вывода внешнего устройства;

шина данных (ШД) - предназначена для параллельной передачи всех разрядов числового кода;

шина питания - для подключения всех блоков ПК к системе электропитания.

Интерфейсная система обеспечивает три направления передачи информации:

- между МП и оперативной памятью;

- между МП и портами ввода/вывода внешних устройств;

- между оперативной памятью и портами ввода/вывода внешних устройств.

Память - устройство для хранения информации в виде данных и программ. Память делится прежде всего на внутреннюю (расположенную на системной плате) и внешнюю (размещенную на разнообразных внешних носителях информации).

Внутренняя память в свою очередь подразделяется на:

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) или ROM (read only memory), которое содержит - постоянную информацию, сохраняемую даже при отключенном питании, которая служит для тестирования памяти и оборудования компьютера, начальной загрузки ПК при включении.

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, ОП — оперативная память) или RAM (random access memory), служит для оперативного хранения программ и данных, сохраняемых только на период работы ПК. Она энергозависима, при отключении питания информация теряется. Логическая организация памяти — адресация, размещение данных определяется ПО, установленным на ПК, а именно ОС.

Контроллеры служат для обеспечения прямой связи с ОП, минуя МП, они используются для устройств быстрого обмена данными с ОП - НГМД, НЖД, дисплей и др., обеспечения работы в групповом или сетевом режиме. Клавиатура, дисплей, мышь являются медленными устройствами, поэтому они связаны с системной платой контроллерами и имеют в ОП свои отведенные участки памяти.

Порты бывают входными и выходными, универсальными (ввод - вывод), они служат для обеспечения обмена информацией ПК с внешними, не очень быстрыми устройствами. Информация, поступающая через порт, направляется в МП, а потом в ОП. Выделяют два вида портов:

последовательный — обеспечивает побитный обмен информацией, обычно к такому порту подключают модем;

параллельный — обеспечивает побайтный обмен информацией, к такому порту подключают принтер. Современные ПК обычно оборудованы 1 параллельным и 2 последовательными портами.

Дата добавления: 2014-01-06