Внутримашинный системный интерфейс

Внутримашинный системный интерфейс – это система связи и сопряжения узлов и блоков ПК между собой. Представляет совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

В современных ПК реализуется односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину.

Системная шина включает в себя:

• кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

• кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

• кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

• шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1) между микропроцессором и основной памятью;

2) между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо через дополнительную микросхему - контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются: количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, т.е. максимально возможная скорость передачи информации. Пропускная способность шины зависит от ее разрядности (есть шины 8-, 16-, 32- и 64-разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает.

В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться:

• шины расширений - шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств,

• локальные шины, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса.

Как правило, шины ПК можно представить в виде некой иерархической структуры — шинной архитектуры. Особенностью современных ПК является наличие шины ISA, унаследованной от самых первых моделей IBM PC. Кроме нее, в ПК применяются шины EISA, MCA, VLB, PCI, PCMCIA (CardBus) и AGP.

Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные моменты времени), а также использовать различные схемы арбитража (т.е. способа совместного использования шины несколькими устройствами).

Если обмен информацией ведется между периферийным устройством и контроллером, то соединяющая их линия передачи данных называется интерфейсом передачи данных, или просто интерфейсом. Среди применяемых в современных и перспективных ПК интерфейсов можно отметить EIDE, SCSI, SSA и Fibre Channel, USB, FireWire (IEEE 1394) и DeviceBay.

Среди интерфейсов передачи данных особняком стоят порты ввода/вывода, использующиеся для подключения низкоскоростных периферийных устройств: последовательный порт (COM), параллельный порт (LPT), игровой порт/MIDI порт и инфракрасный порт (IrDA).

В табл. 7 приведены характеристики некоторых типов шин.

Таблица 7. Основные характеристики шин

Параметр	ISA	EISA	MCA	VLB	PCI
Разрядность шины, бит Данных Адреса	16 24	32 32	32;64 32	32;64 32	32; 64 32
Рабочая частота, МГц	8	8-33	10-20	до 33	до 33
Пропускная способность, Мбайт/с теоретическая практическая	4 2	33 8	76 20	132 80	132;264 50;100
Число подключаемых устройств, шт.	6	15	15	4	10

Локальные шины IDE (Integrated Device Electronics), EIDE (Enhanced IDE), SCSI (Small Computer System Interface) используются чаще всего в качестве интерфейса только для внешних запоминающих устройств.

ВЫВОДЫ

1. Электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер — это устройство, выполняющее операции ввода данных, их сохранение и обработку по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком.

2. В основу построения современных компьютеров положены общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом: программного управления; однородности памяти и адресности.

3. Архитектура компьютера – это его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними.

4. ЭВМ классифицируются по различным признакам: а) по принципу действия – аналоговые, цифровые и гибридные; б) по этапам создания и используемой элементной базе – поколения ЭВМ (1-6-е), ламповые, транзисторные, на интегральных микросхемах с малой и средней степенью интеграции, на сверхбольших интегральных схемах; в) по назначению – универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированные; г) по размерам и функциональным возможностям – сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ).

5. Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам – вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.

6. Персональный компьютер – это сравнительно недорогой универсальный настольный или переносной микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя и удовлетворяющий требованиям общедоступности и универсальности применения.Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры.

7. Аппаратная часть ПК в типовой конфигурации включает: системный блок (центральный процессор, блоки оперативной памяти, блок питания, жесткий диск, дисководы для дискет, дисковод для компакт-дисков (CD, DVD), контроллеры устройств, звуковая и графическая карты и др.); устройства ввода и управления (клавиатура, мышь, сканер и т.д.); устройства вывода (монитор, принтер, плоттер и др.); дополнительные устройства (модем, сетевые устройства, звуковые колонки и т.п.).

8. Основными характеристиками ПК являются: 1) быстродействие, производительность, тактовая частота (единицами измерения быстродействия служат МИПС, МФЛОПС, ГФЛОПС); 2) разрядность машины и кодовых шин интерфейса; 3) типы системного и локальных интерфейсов; 4) емкость оперативной памяти (единица измерения емкости - Мбайт); 5) емкость накопителя на жестких магнитных дисках (единица измерения емкости - Гбайт); 6) тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках; 7) виды и емкость КЭШ-памяти; 8) тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера; 9) тип принтера; 10) имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы; 11) аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ; 12) возможность работы в вычислительной сети; 13) возможность работы в многозадачном режиме; 14) надежность; 15) стоимость; 16) габариты и масса.

9. Микропроцессор (CPU - Central Processing Unit) – центральный блок ПК, расположенный на системной плате и предназначенный для выполнения арифметических и логических операции над данными, а также управления работой всех блоков машины. По принципам построения все микропроцессоры разделяются на три группы: МП типа CISC (Complex Instruction Set Computing) с полным набором команд; МП типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором команд; МП типа MISC (Minimum Instruction Set Computing) с минимальным набором команд и весьма высоким быстродействием.

10. Оперативная память (ОП) (оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), RAM – Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

11. Внешняя память (внешнее запоминающее устройство, ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

12. Внутримашинный системный интерфейс – это система связи и сопряжения узлов и блоков ПК между собой. Представляет совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.