Модель ЭВМ

Современные ЭВМ строятся по модульному принципу и могут иметь переменный состав оборудования, который обеспечивает пользователя наиболее целесообразным набо­ром внешних устройств.

Каждое устройство ЭВМ представляет собой автономный, конструктивно законченный модуль с типовым сопряжением.

Все устройства ЭВМ можно разделить на центральные и внешние (периферийные). Обобщенная структурная схема ЭВМ представлена на рис. 3.

Структурно компьютер состоит из функциональных бло­ков: тактового генератора, центрального процессора, устройств памяти, устройства ввода-вывода, периферийного оборудова­ния, обеспечивающего общение человека с компьютером.

Характер действий и их последовательность определяются программой, представляющей собой совокупность машинных операций, называемых командами. Все основные функциональ­ные узлы компьютера связаны друг с другом шинами — физическими каналами передачи электрических сигналов в ЭВМ [для связи между устройствами].

Основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех его устройств между собой, является системная шина. Системная шина включает в себя:

• шину данных (ШД), содержащую провода и схемы сопряжения для парал­лельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

• шину адреса (ША), включающую провода и схемы сопряжения для парал­лельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

• инструкций (управления) (ШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

Системная шина персонального компьютера обеспечивает три направления передачи информации:

1) между процессором и основной памятью;

2) между процессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти — DMA).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицирован­ные разъемы подключаются к шине единообразно: непосредственно или через кон­троллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется процессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему — контроллер шины, формирующий основные сигналы управления.

Оперативная (основная) память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена ин­формацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной ин­формации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изме­нить информацию в ПЗУ нельзя).

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каж­дой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения пи­тания машины (энергозависимость).

Руководит работой компьютера центральный процессор, в состав которого входит устройство управления работой компью­тера, регистр инструкций, арифметико-логическое устройство, адресный регистр, программный счетчик. Работа центрального процессора самым тесным образом связана с устройством опе­ративной памяти, в котором хранится вся исходная, проме­жуточная и окончательная информация, полученная в резуль­тате обработки.

Центральный процессор (ЦП) — мозг компьютера. Он вы­полняет команды, записывает информацию в память и считывает ее оттуда, осуществляет доступ к внешним устрой­ствам. Через ЦП проходит почти (см. DMA) вся информация, обрабатываемая компьютером. Производительность ЦП во многом зависит от способности процессора работать с высокой тактовой частотой (качество микропроцессора), но не от тактового генератора, от пропускной способности шины передачи данных, от набора ко­манд и других факторов.

В оперативной памяти компьютера хранятся комплекс ру­ководящих команд, называемых операционной системой, а также необходимые для выполнения операций прикладные про­граммы. Каждая команда находится в памяти компьютера по определенному адресу, который указывается программным счетчиком. Регистр команд процессора содержит исполняемую в данный момент команду. Действия над числами производит арифметико-логическое устройство (АЛУ).

Так как, основные устройства компьютера (процессор, шины, память) делаются параллельными, то возникает необходимость в синхронизации — такте. Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.

Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины.

Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая опера­ция в машине выполняется за определенное количество тактов. Центральный процессор использует такт для дос­тупа к ячейкам памяти и периферийным устройствам, выполнения любых команд. Чем выше тактовая частота, тем быстрее ЦП выполняет элементарные операции и тем быстрее работает компьютер вообще.

Устройство ввода-вывода обеспечивает обмен данными между оперативной памятью ЭВМ и внешними устройствами.

Система долговременной памяти (внешняя память) относится к внешним устройствам ПК и используется для дол­говременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках.

Назначение этих накопителей — хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. Разли­чаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи и считывания информации.

Блок питания обеспечивает ЭВМ электроэнергией с заданными показателями (значениями напряжений, частот, мощности).

Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ иногда составляют 50 - 80% всего ПК. От состава и характеристик ВУ во многом зависят возможность и эффективность примене­ния ПК в системах управления и в народном хозяйстве в целом.

ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователя­ми, объектами управления и другими ЭВМ. Внешние устройства весьма разнообразны и могут быть класси­фицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:

• внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;

• диалоговые средства пользователя;

• устройства ввода информации;

• устройства вывода информации;

• средства связи и телекоммуникации.

Дата добавления: 2014-01-07