Структурная организация компьютера

Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок, и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Основные принципы построения современных компьютеров:

– принцип модульной организации. Модуль представляет собой конструктивно, функционально, электрически законченное устройство. Модульный принцип позволяет потребителю самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости его модернизацию;

– принцип магистрального обмена информацией. Между модулями организуется регулярные связи с использованием магистральных шин, что позволяет минимизировать число связей между модулями;

– принцип микропрограммного управления. Каждая команда может быть представлена в виде последовательности микрокоманд, получившей название микропрограмма. Такой принцип обеспечивает наибольшую гибкость при организации многофункциональных микропроцессорных модулей.

Структурная схема компьютера с шинной организацией в общем виде будет иметь следующий вид

Таким образом, компьютер представляет собой совокупность модулей, взаимодействие которых осуществляется при помощи шин адреса, данных и управления. Разрядность шины данных задается разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Шина данных является двунаправленной. 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. адресная шина является однонаправленной. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо периферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. В случае несовместимости интерфейсов (например, интерфейс системной шины и интерфейс винчестера) на физическом уровне используют контроллеры, а на программном – драйверы. Ряд контроллеров смонтирован на материнской плате, например, контроллеры клавиатуры и дисков. Другие располагаются на специальных платах, называемых адаптерами. Адаптеры устанавливаются на материнскую плату.

Контроллер можно рассматривать как специализированный процессор, управляющий работой вверенного ему внешнего устройства по специальным встроенным программам обмена. Такой процессор имеет собственную систему команд. Результаты выполнения каждой операции заносятся во внутренние регистры памяти контроллера и могут быть в дальнейшем прочитаны центральным процессором. Центральный процессор при необходимости произвести обмен выдает задание на его осуществление контроллеру. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. Дальнейший обмен информацией может протекать под руководством контроллера без участия центрального процессора.

Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным процессором, в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний (Interrupts). Система прерываний позволяет компьютеру приостановить текущее действие и переключиться на другие в ответ на поступивший запрос, например, на нажатие клавиши на клавиатуре. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.

Интерфейсом при передаче данных между процессором и устройствами ввода/вывода служит логическое устройство – порт. Порт представляет собой группу линий ввода-вывода. Он выдает процессору сигнал прерывания. Каждому порту выделяется группа адресов, по которым в порт записываются или из него считываются данные, служебная информация для программирования его параметров и текущее состояние порта.

Существует 3 вида взаимодействия процессора с портами ввода-вывода.

При программном обмене информацией с внешними устройствами процессор является инициатором. По командам условного перехода он определяет, готово ли устройство к выполнению операций ввода-вывода до начала передачи данных. При этом сам процессор находится в состоянии программного ожидания, выполняя соответствующую подпрограмму. После обнаружения готовности он передает данные и приступает к продолжению выполнения основной программы (передача данных на принтер).

При обмене данными по сигналам прерывания от внешних устройств последние являются инициаторами. При этом процессор работает по основной программе параллельно с внешними устройствами. При поступлении сигнала готовности к обмену от внешнего устройства, он переходит к подпрограмме обслуживания прерывания, а затем возвращается к основной программе (получение данных от клавиатуры).

Режим, при котором внешнее устройство обменивается непосредственно с ОЗУ без участия центрального процессора, называется прямым доступом к памяти (ПДП или DMA – Direct Memory Access). Инициатором при этом является внешнее устройство. Для его реализации требуется специальный контроллер DMA. При наличии режима ПДП требуется высокоскоростная шина данных ОЗУ.

Дата добавления: 2014-01-20