1.6 Апаратне забезпечення персональних комп’ютерів
1.6.1 Архітектура та принципи роботи еом
Архітектура ЕОМ – це опис сукупності пристроїв, блоків ЕОМ та принципів взаємодії компонентів комп’ютера.
Основними функціями ЕОМ є обробка і збереження інформації, а також обмін інформацією з зовнішніми пристроями. В основі функціонування ЕОМ лежить принцип програмного управління (ЕОМ виконує програму автоматично без втручання людини), тобто обчислювальна машина повинна керуватися програмою з послідовним виконанням команд з цієї програми, а сама програма, як і самі дані, повинна зберігатися в пам’яті ЕОМ у вигляді кодів 0 та 1. Ці принципи роботи ЕОМ сформулював математик фон Нейман у 1946 р. Отже, програми – це керуючі засоби компонентами комп’ютера, що забезпечують функціонування комп’ютера та обробку інформації.
Команда – це інструкція компонентам ЕОМ, про те що вони мають робити на кожному кроці.
Програма – це упорядкована сукупність команд (директив), які може виконувати ЕОМ в автоматичному режимі.
За фон Нейманом обчислювальна машина має складатися з таких основних компонентів.
1. Запам’ятовуючий пристрій, в якому можна було б записувати двійкові коди та зчитувати їх. Цей пристрій називається оперативною пам’яттю (ОП). Виконана вона у вигляді комірок, кожна з яких має свій номер, тобто адресу. За адресою можна звернутися до потрібної комірки в операціях запису-зчитування.
2. Арифметико-логічний пристрій (АЛП). Цей пристрій призначений для автоматичного виконання певного набору арифметичних та логічних операцій над числовими і символьними даними.
3. Пристрій управління (ПУ). Цей пристрій забезпечує читання та запис інформації до комірок пам’яті. Він також формує і подає сигнали в усі блоки ЕОМ для керування їх роботою, наприклад, координує роботою АЛП та зовнішніх пристроїв. Мікропроцесори в сучасних комп’ютерах на одній мікросхемі поєднують в собі АЛП та ПУ.
4. Зовнішні пристрої. Це, насамперед, пристрої введення та виведення інформації. Такими пристроями є клавіатура, монітор, принтер тощо.
Магістрально-модульна структура персонального комп’ютера
Персональний комп’ютер – це багатофункціональна, одноко-ристувацька, малогабаритна обчислювальна машина, яка призначена для розв’язування задач обробки і збереження інформації.
Основними складовими частинами персонального комп’ютера є: системний блок, монітор, клавіатура, миша. Вони складають мінімальну конфігурацію сучасного персонального комп’ютера.
Модульний спосіб конструювання персонального комп’ютера разом з магістральним способом обміну інформацією і визначає магістрально-модульний принцип побудови ПК.
Функціональна схема ПК має вигляд, який наведено на рис. 1.2.
Різноманітні вузли комп’ютера пов’язані з мікропроцесором та між собою через пристрій, що називається системною шиною. Обмін даними відбувається через системну шину, яку ще називають магістраллю.
Магістраль містить такі шини:
1. Шина даних, по якій інформація (дані) передається від МП до будь-якого пристрою або навпаки від пристрою до МП.
2. Шина адреси – сукупність проводів і відповідних схем, по яких передається в паралель всі коди адреси комірки ОП або портів введення/виведення.
3. Шина управління містить проводи для передачі управління (управляючих сигналів) з боку мікропроцесора в усі блоки ПК.
4. Шина живлення, що містить проводи і схеми для підключення блоків ПК до системи електричного живлення.
Рис. 1.2 - Умовна схема ПК
Розрядність шини даних визначає розрядність комп’ютера. Наприклад, якщо шиною даних передається 32 біти в паралель, то ПК є 32-розрядним. Розрядність впливає на продуктивність комп’ютера. Розрядність адресної шини визначає адресний простір – максимальну кількість комірок ОП. Кількість адресованих комірок становить 2n, де n – розрядність адресної шини. Для сучасних комп’ютерів використовується 32-розрядна адресна шина (для процесорів сім’ї Pentium) і 64-розрядна (для процесорів сім’ї Itanium).
Системна шина забезпечує три напрямки передачі інформації:
1) між мікропроцесором і ОП;
2) між мікропроцесорами і портами введення/виведення зовнішніх
пристроїв;
3) між основною пам’яттю і зовнішніми пристроями (в режимі прямого доступу до пам’яті).
Завдяки наявності системної шини IBM-сумісні ПК мають принцип відкритої архітектури, тобто вони складаються з кількох модулів, що виготовляються у вигляді окремих плат. Модульна структура дозволяє користувачу самому комплектувати необхідну йому конфігурацію комп’ютера та полегшує модернізацію комп’ютера і його ремонт. Один з важливих модулів – це материнська плата, на якій розміщені мікропроцесор, оперативна пам’ять, системна шина та слоти розширення для підключення інших модулів. Цими модулями є електронні платиконтролери зовнішніх пристроїв, наприклад, плата відеоконтролера (відеокарта), що створює сигнали для монітора.