2. Структурная схема пэвм

Рассмотрим архитектуру наиболее распространенного персонального компьютера IBM PC. Под архитектурой ПК (ПЭВМ) понимают структурную схему внутренней организации и взаимодействия основных функциональных модулей компьютера (центрального процессора, чипсетов, устройств системы памяти, контроллеров периферийных устройств и самих периферийных устройств).

ПЭВМ имеет модульную структуру (рисунок 2). Все модули связаны с центральным процессором и между собой посредством системной шины (системной магистрали). Компоненты, представленные на структурной схеме, имеют следующее назначение.

Рисунок 2 – Упрощенная структурная схема персонального компьютера

Системный блок является главным блоком в ПЭВМ. Он включает все основные составляющие персонального компьютера. Важнейшим его компонентом является системная (или материнская) плата. Расположенные на ней электронные модули (чипсеты), а также центральный процессор, основная память (ОЗУ (RAM) и ПЗУ (ROM)) составляют базовый комплект электроники компьютера. Кроме этого на системной плате расположены контроллеры внешних (периферийных) устройств. Кроме системной платы в системном блоке также размещаются: устройства внешней памяти – накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), или винчестеры, источник питания и системный динамик. В последние годы к перечисленным устройствам добавились накопитель на оптических дисках (НОД), или CD-ROM, а также накопитель на сменных магнитных дисках (последние два устройства являются не обязательными, поэтому могут и отсутствовать).

К системному блоку через разъемы, расположенные на его задней стенке, подсоединены все внешние устройства: монитор, клавиатура, мышь, принтер, сканер, звуковые колонки, модем и т. д. Состав как внутренних устройств системного блока, так и внешних устройств существенно зависит от потребностей и возможностей пользователя. Поэтому в каждом конкретном случае он будет различным. Благодаря модульной структуре ПЭВМ, пользователь по своему желанию может изменять ее конфигурацию, подключая дополнительные периферийные устройства.

Центральный процессор – это электронный модуль, выполняющий в компьютерной системе основную вычислительную работу. Он управляет взаимодействием между всеми блоками и системами компьютера. Центральный процессор является ядром любой ПЭВМ.

Конструктивно центральный процессор, как правило, выполнен на одном кристалле (на одной СБИС). В его состав входят:

центральное устройство управления;

арифметико-логическое устройство (АЛУ);

внутренняя регистровая память;

КЭШ-память;

схема формирования действительных адресов операндов для обращения к оперативной памяти;

схемы управления системной шиной и др.

В ПЭВМ может быть несколько процессоров. Одни из них управляют вводом-выводом данных и называются процессорами ввода-вывода. Другие выполняют вычисления с вещественными числами и называются математическими сопроцессорами. Третьи генерируют изображения на экран монитора и называются графическими процессорами. Но в любой ПЭВМ есть процессор, который управляет всей компьютерной системой, - это центральный процессор.

Чипсет – так называется комплект микросхем, предназначенный для поддержки в компьютерной системе функциональных возможностей, предоставляемых процессором, оперативной памятью, КЭШ-памятью, дисковой и видеопамятью, а также прочими компонентами системы. Микросхемы чипсета генерируют большинство сигналов для системных и периферийных компонентов, преобразуют сигналы между шинами, позволяют процессору и оперативной памяти работать с постоянной производительностью. В состав нескольких микросхем, из которых состоят чипсеты, входят узлы, называемые "обрамлением центрального процессора". Это – таймер, контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти, контроллеры графической шины AGP, последовательного и параллельного портов и прочие устройства, поддерживающие системные процессы в ПЭВМ.

Основная память структурно объединяет оперативную память (ОЗУ) и постоянную память (ПЗУ). Оперативная память построена на БИС или СБИС и является энергозависимой: при отключении питания информация в ОЗУ теряется. В оперативной памяти хранятся исполняемые программы, исходные и промежуточные данные, а также результаты вычислений. Емкость ОЗУ измеряется в Мбайтах. В наиболее распространенных конфигурациях ПЭВМ емкость ОЗУ составляет 16 … 64 Мбайт и более. Постоянная память является энергонезависимой. Она используется для хранения системных программ, в частности так называемой базовой системы ввода-вывода (BIOS). Программы, хранящиеся в ПЗУ, предназначены для постоянного использования центральным процессором.

Контроллеры – устройства, предназначенные для управления внешними (периферийными) устройствами. Каждое внешнее устройство имеет свой контроллер. В ПЭВМ широко используются контроллеры, встроенные непосредственно на материнскую плату. Встроенными, например, являются контроллеры клавиатуры, накопителей на гибких и жестких магнитных (оптических) дисках, параллельного и последовательного портов. Внешние контроллеры реализуются на отдельных печатных платах, вставляемых внутрь системного блока. Они могут состоять из нескольких микросхем. Внешние контроллеры часто называют адаптерами внешних устройств.

Как видно из рис. 2, все электронные элементы ПЭВМ взаимосвязаны друг с другом с помощью шин – совокупности линий связи и микросхем, осуществляющих передачу электрических сигналов определенного функционального назначения. Совокупность всех шин информационно-вычислительной системы называется системной шиной (системной магистралью).

По шинам передаются сигналы трех групп: адресные, управляющие и данные. Соответственно различают следующие шины:

шина данных. Предназначена для передачи данных между электронными модулями ПЭВМ;

шина адреса. Обеспечивает пересылку кодов адресной информации к ОЗУ или электронным модулям ПЭВМ для доступа к ячейкам памяти или к устройствам ввода-вывода;

шина управления. Включает линии, по которым передаются сигналы управления: обмена, запросы на прерывания, синхронизации, передачи управления и т. д.

Каждая шина характеризуется разрядностью, т. е. количеством линий, составляющих шину (количеством одновременно передаваемых по линиям шины битов информации). В архитектуре ПЭВМ чаще всего встречаются 8-, 16-, 32- и 64-разрядные шины.

Источник питания ПЭВМ предназначен для формирования напряжений постоянного тока, необходимых для работы внутренних устройств и узлов системного блока. Внешние устройства, как правило, имеют отдельные источники питания. Типовые значения напряжений, формируемых источником питания – +3,3 В, +(-)5 В,

+(-)12 В. В настольных компьютерах мощность блока питания обычно бывает от 150 до 400 ватт.

Системный динамик предназначен для выдачи звуковых сообщений (сигналов) в случае каких-либо сбоев в работе оборудования ПЭВМ или в случае некорректных действий пользователя. Он позволяет пользователю следить за работой ПЭВМ, вовремя обращать внимание на возникшие сбои в отдельных устройствах или на возникновение необычной ситуации при решении задачи на ПЭВМ.

О назначении и основных характеристиках устройств внешней памяти и внешних устройств ПЭВМ речь пойдет на последующих лекциях.