Тема 2.2. Общая характеристика конструкции и устройства эвм
Аппаратные средства персональных ЭВМ (в дальнейшем – персональных компьютеров (ПК)) являются составной частью их архитектуры. Под аппаратными средствами компьютера понимается набор электронных устройств, обеспечивающих его работу.
Существующие разновидности ПК (настольные, портативные, карманные) объединяет общность структуры аппаратных средств, что обусловлено сходными принципами их работы:
для ввода данных в компьютер должно быть хотя бы одно устройство ввода, например, клавиатура, мышь или световое перо;
для временного хранения программ и обрабатываемых в текущий момент данных необходима оперативная память;
для длительного хранения большого объема данных должны быть дополнительные накопители;
для выдачи результатов обработки данных должен быть дисплей (монитор) или другие устройства вывода.
Минимальный набор аппаратных средств, без которых невозможен запуск и работа ПК, определяет его базовую конфигурацию.
В базовую конфигурацию ПК входят системный блок, монитор, клавиатура и ручной манипулятор – мышь. Системный блок является центральной частью ПК. В корпусе системного блока размещены внутренние устройства ПК.
Системная плата является интегрирующим (объединяющим) узлом ПК. На системной плате конструктивно размещаются микросхемы, электронные устройства и разъемы (слоты) расширения.
На системной плате помимо расположены:
чипсет (микропроцессорный комплект) – набор микросхем;
шины – набор проводников;
постоянное запоминающее устройство – микросхема памяти;
разъемы (слоты) расширения конфигурации ПК.
Системная плата во многом определяет конфигурацию ПК, поскольку от ее параметров зависит тип используемого микропроцессора, максимальный объем оперативной памяти, количество и способы подключения внешних устройств ПК и другие характеристики.
Микропроцессор – это главная микросхема компьютера. Он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера либо напрямую, либо через соответствующие контроллеры.
Конструктивно, микропроцессор – это кристалл кремния очень маленьких размеров. Основой любого микропроцессора является ядро, которое состоит из миллионов транзисторов, расположенных на кристалле кремния. Микропроцессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных на их выполнение. Для повышения быстродействия ПК микропроцессор снабжен внутренней кэш-памятью.
Множество команд, которые может выполнить процессор над данными, образовывает систему команд процессора. Чем больше набор команд процессора, тем сложнее его архитектура.
Процессоры Intel, используемые в IBM совместных ПК, насчитывают более тысячи команд и относятся к процессорам с расширенной системой команд – CISC-процессоров (CISC – Complex Instruction Set Computing).
Альтернативой CISC-процессорам являются процессоры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC – Reduced Instruction Set Computing). В RISC-процессорах количество команд значительно меньше, и каждая команда выполняется быстрее. Для ПК платформы IBM PC доминирующими являются CISC-процессоры фирмы Intel, хотя в последнее время компания AMD выпускает процессоры, которые имеют гибридную архитектуру (внутреннее ядро этих процессоров выполнено по RISC-архитектуре, а внешняя структура – по архитектуре CISC).
Чипсетом (chipset) системной платы называется набор микросхем, управляющий процессором, оперативной памятью, постоянным запоминающим устройством, кэш-памятью, системными шинами и интерфейсами передачи данных, а также рядом периферийных устройств. Чипсет, как правило, состоит из нескольких специализированных интегральных микросхем, конструктивно привязанных к типу используемого процессора. Переход к чипсетам обусловлен необходимостью обеспечения совместимости аппаратных средств различных производителей.
На рис. 2.2.1 иллюстрируется пример "хабовой" архитектуры современных чипсетов для процессоров Intel Pentium IV (иногда "хабы" называют мостами – северным и южным). В данном контексте "хабы" – это специализированные микросхемы, обеспечивающие передачу данных между подключенными к ним шинами.
Северный хаб (мост) определяет:
поддерживаемые процессоры – типы, частоты системной шины, возможности мультипроцессорных или избыточных конфигураций;
типы памяти и частота работы шины памяти;
максимальный объем памяти (число слотов и поддерживаемые объемы модулей);
число каналов памяти;
контроль достоверности памяти и исправления ошибок (паритет, ECC);
наличие и параметры порта AGP или другого порта для видеоадаптера (на рис. 2.2.1 – это слот шины PCI Express).
Рисунок 2.2.1.
Как следует из рис. 2.2.1, южный хаб (мост) чипсета отвечает за подключение и согласование всех периферийных устройств, а также за подключение флэш-памяти с базовой системой ввода-вывода – BIOS.