3.Принципы взаимодействия основных частей пэвм.

Системная шина предназначена для организации обмена информа­цией между всеми компонентами компьютера. Все основные блоки персонального компьютера подсоединены к системной шине (рис. ). Основной функцией системной шины является обеспече­ние взаимодействия между центральным процессором и остальны­ми электронными компонентами компьютера. По проводам этой шины осуществляется передача данных, их адресов, а также управ­ляющей информации. Соответственно этому выделено три группы.

От типа системной шины, так же как и от типа процессора, за­висит скорость обработки информации персональным компьютером. К основным характеристикам системной шины относятся тактовая частота и разрядность канала связи. Системные шины первых пер­сональных компьютеров могли передавать только 8 бит информа­ции, используя для этого 8 линий данных, представленных 8 па­раллельными проводами. Эволюция компьютеров привела к созда­нию 16-битной шины, а затем разрядность системной шины увеличилась до 32 и даже 64 бит. Увеличение разрядности шины данных привело к повышению скорости обмена информацией, а уве­личение разрядности адресной шины обеспечивает больший объем оперативной памяти.

Однако системная шина, как основная информационная магист­раль, не может обеспечить достаточную производительность для внеш­них устройств. Для решения этой проблемы в компьютере стали использовать локальные шины, которые связывают микропроцессор с периферийными устройствами. Назначение локальных шин сходно с назначением окружных или кольцевых дорог вокруг большого города, которые разгружают основные магистрали.

Шина, связывающая только два устройства, называется портом.

Обычно шина имеет гнёзда для подключения внешних устройств, которые в результате сами становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключаемыми к ней устройствами.

Шины в РС различаются по своему функциональному назначению.

1. Системная шина (или шина CPU) используется микросхемами и Chipset для пересылки информации от устройств к CPU и от CPU к устройствам. Это шина GTL+ c тактовой частотой 66, 100 и 133 МГц и пропускной способностью 528, 800 Кбайт/с и 1,06 Мбайт/с или шина EV6, у которой передача по обоим фронтам с тактовой частотой 377 МГц. Может использоваться 128-разрядная шина памяти (так как передача происходит без участия CPU).

2. Шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью.

3. Шина памяти используется для обмена информацией между оперативной памятью и CPU.

4. Шины ввода/вывода (бывают стандартные и локальные).

5. МП – это "сердце" ПЭВМ. Он осуществляет вычисления по хранящейся в ОП программе и обеспечивает общее управление компьютером. МП, как минимум, содержит:

6. арифметико-логическое устройство (АЛУ), предназначенное для выполнения арифметических и логических операций;

7. устройства управления (УУ), обеспечивающее общее управление вычислительным процессом по программе и координацию работы всех устройств ПЭВМ.

8. П – это запоминающее устройство, предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в операциях. Она имеет достаточно высокое быстродействие, но ограниченный объем. Функционально ОП делится на виды, основными из которых являются оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

9. ОЗУ служит для приема, хранения и выдачи информации. В нем содержатся программы и данные, доступные для использования процессором, а также промежуточные и окончательные результаты вычислений. ОЗУ в ПЭВМ является энергозависимым. Это означает исчезновение информации при отключении питания.

10. ПЗУ, являясь энергонезависимым, используется для хранения часто используемых (универсальных) программ и данных. Таких, как программы ОС и ее информационные структуры.

11. Логически ОП можно представить в виде совокупности ячеек, доступ к каждой из которых осуществляется путем указания ее адреса.

12. Под периферийным понимают любое устройство, конструктивно отделенное от центральной части ПЭВМ (МП и ОП), имеющее собственное управление и выполняющее запросы МП без его непосредственного вмешательства. По функциональному признаку ПУ делятся на две основные группы:

13. 1) внешние запоминающие устройства (ВЗУ), служащие дополнительным энергонезависимым, более медленным, но и более емким полем памяти ПЭВМ для долговременного хранения программ и данных;

14. 2) устройства ввода-вывода (УВВ), обеспечивающие общение пользователя с ПЭВМ.

15. В качестве ВЗУ в ПЭВМ обычно используются накопители на магнитких дисках (НМД) – как гибких, так и жестких, а также накопители на оптических дисках (НОД), флэш .

16. Набор УВВ для ПЭВМ значительно богаче: дисплеи. Клавиатуры, различные манипуляторы (типа "мышь", джойстики типа "шар"), печатающие устройства (принтеры), устройства ввода и вывода графической (сканеры, диджитайзеры (граф. планшеты), плоттеры (графопостроители)), устройства ввода-вывода видео и звуковой информации.

17. Состав ПУ конкретной ПЭВМ определяется, главным образом, ее назначением.

18. По степени важности для ПЭВМ ПУ делятся на основные и дополнительные. Основные ПУ являются неотъемлемой составной частью всех ПЭВМ. Без основных ПУ работа на ПЭВМ становится невозможной. К основным ПУ относятся дисплей, клавиатура и как минимум, один накопитель информации (ВЗУ). Остальные ПУ считаются дополнительными.

19. Основные ПУ подключаются к СШ не непосредственно, а через цепочку АПУ-ПВВ(Порт ввода-вывода).

20. АПУ выполняет две основные функции:

21. осуществляет непосредственное управление ПУ по запросам от МП, освобождая, тем самым, последний от выполнения рутинных операций; обеспечивает согласование интерфейса ПУ с СШ.

22. Понятие "адаптер периферийного устройства" можно считать синонимом термина "контролер", однако последний употребляется чаще для устройств, реализующих более сложные функции по управлению ПУ. Развитие АПУ могут включать в свой состав специализированные МП и память.

23. Порт ввода-вывода обеспечивает непосредственное подключение АПУ к СШ. Каждый ПВВ имеет свой адрес в адресном пространстве ОП. Одному ПУ может быть приписано несколько ПВВ. Упрощенно ПВВ можно считать регистром, в который записывается информация для передачи в ПУ или с которого считывается полученная из ПУ информация. Каждое стандартное ПУ для унификации ПО закреплено за ПВВ образует систему портов ввода-вывода.

24. АИ – это универсальный адаптер, выполняющий роль согласующего звена для сопряжения центральной части ПЭВМ с дополнительными ПУ, интерфейсы которых для универсальности стандартизованы. Примером стандартизованного интерфейса, используемого для подключения принтера, является параллельный интерфейс фирмы Centronics. В качестве другого примера можно привести последовательный интерфейс RS232C. Который используется для подсоединения многих типов относительно медленных ПУ и модемов.

25. МП должен оперативно реагировать на различные события, происходящие в ПЭВМ в результате действий пользователя или программы. Например, нажатие клавиши на клавиатуре, попытка деления на нуль, сбой питания, обращение к операционной системе и т.п. Необходимую реакцию обеспечивает система прерываний. Прерыванием называется ситуация, требующая каких – либо действий ( реакции) МП при возникновении определенного события. Под системой же прерываний понимают комплекс аппаратных и программных средств. Обеспечивающих выявление и обработку прерываний. Обработка прерываний сводится к приостановке исполнения текущей последовательности команд (программы). Вместо которой начинает выполняться другая последовательность команд, соответствующая данному типу прерывания и называемая обработчиком прерывания. После ее реализации исполнение прерванной программы может быть продолжено. Реакция на прерывание может состоять, например, в обработке введенного с клавиатуры символа.

26. Система прямого доступа к памяти (СПДП) является дополнительным устройством, служащим для того, чтобы разгрузить МП при обмене информацией между ОЗУ и быстродействующим ПУ (такими, как флэш, НМД), а также увеличить скорость обмена. Без СПДП в обмене информацией между ОЗУ и ПУ непосредственно участвует МП, " пропуская через себя эту информацию маленькими порциями (пословно). При использовании СПДП МП только инициирует операцию обмена целым блоком информации, активизируя СПДП, сам же в это время может взять на себя другую работу. СПДП подключается к ПЭВМ аналогично ПУ (через цепочку АПУ-ПВВ).

27. Контролер системной шины управляет СШ ПЭВМ в зависимости от состояния МП. Этот контролер может входить в состав МП или выполняться в виде отдельного устройства.

28. Сама СШ представляет собой совокупность одно- или двунаправленных линий, логически объединяемых в следующие группы:

29. шину данных, служащую для передачи информации в оба направления (от МП к ОЗУ или ПУ и обратно, либо между ОЗУ и ПУ при использовании СПДП;

30. шину адреса, с использованием которой адресуются ОП и ПВВ;

31. шину управления, предназначенную для передачи управляющих сигналов, таких, как "запись в память", " чтение из памяти", "запись в порт", "чтение из порта", сигналы прерываний и т.п.

32. Физически шины адреса и данных могут мультиплексироваться (совмещаться). Такая идеология принята, например, в семействах IBM PC и EC.

33. Конструктивно типовая ПЭВМ состоит из системного блока, куда входят все устройства ПЭВМ, за исключением ПУ, и набора отдельно исполненных ПУ ( дисплей, клавиатура, принтер и т.п.).

34. ВЗУ (НМД и НОД) обычно входят в состав системного блока, но выполнены при этом в виде съемной конструкции.