Архитектура фон Неймана (англ. von Neumann architecture) — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.

Наличие заданного набора исполняемых команд и программ было характерной чертой первых компьютерных систем. Сегодня подобный дизайн применяют с целью упрощения конструкции вычислительного устройства. Так, настольные калькуляторы, в принципе, являются устройствами с фиксированным набором выполняемых программ. Их можно использовать для математических расчётов, но невозможно применить для обработки текста и компьютерных игр, для просмотра графических изображений или видео. Изменение встроенной программы для такого рода устройств требует практически полной их переделки, и в большинстве случаев невозможно. Впрочем, перепрограммирование ранних компьютерных систем всё-таки выполнялось, однако требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации и перестройки блоков и устройств и т. п.

Всё изменила идея хранения компьютерных программ в общей памяти. Ко времени её появления использование архитектур, основанных на наборах исполняемых инструкций и представление вычислительного процесса как процесса выполнения инструкций, записанных в программе, чрезвычайно увеличило гибкость вычислительных систем в плане обработки данных. Один и тот же подход к рассмотрению данных и инструкций сделал лёгкой задачу изменения самих программ.

Информационная система - взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

Современное понимание информационной системы предполагает использование в качестве основного технического средства переработки информации персонального компьютера. В крупных организациях наряду с персональным компьютером в состав технической базы информационной системы может входить мэйнфрейм или суперЭВМ. Кроме того, техническое воплощение информационной системы само по себе ничего не будет значить, если не учтена роль человека, для которого предназначена производимая информация и без которого невозможно ее получение и представление.

Системы обработки данных, комплекс взаимоувязанных методов и средств сбора и обработки данных, необходимых для организации управления объектами. С. о. д. основываются на применении ЭВМ и других современных средств информационной техники, поэтому их также называют автоматизированными системами обработки данных (АСОД). Без ЭВМ построение С. о. д. возможно только на небольших объектах. Применение ЭВМ означает выполнение не отдельных информационно-вычислительных работ, а совокупности работ, связанных в единый комплекс и реализуемых на основе единого технологического процесса. Первые С. о. д. начали создаваться в США в 50-х гг. 20 в., когда выяснилась нецелесообразность использования ЭВМ для решения отдельных задач, например расчёта заработной платы, учёта товарно-материальных ценностей и т. п., и необходимость комплексной обработки данных, вводимых в ЭВМ. В СССР функционирует ряд крупных С. о. д., чаще всего входящих в АСУ как основная часть. Таковы системы, созданные на крупных промышленных предприятиях: «Фрезер», «Калибр», ЗИЛ, Львовский телевизионный завод, Донецкий завод им. XV-летия ЛКСМУ и др. С. о. д. получают распространение не только на промышленных предприятиях, но и в плановых и статистических органах, в министерствах и банковских учреждениях, в материально-техническом снабжении и торговле. Их внедрение создаёт предпосылки для развития АСУ.Опыт создания и эксплуатации С. о. д. позволил определить основные принципы их построения и методы разработки. Важнейшим из них является принцип интеграции. Он состоит в том, что обрабатываемые первичные данные вводятся в С. о. д. один раз; решаемые в С. о. д. задачи взаимно увязываются т. о., чтобы первичные данные и данные, являющиеся результатом решения одних задач, использовались как исходные для возможно большего числа др. задач. Тем самым устраняется дублирование операций сбора, подготовки и контроля данных и обеспечивается их комплексное использование, что приводит к снижению удельных затрат на получение необходимой информации и повышению эффективности С. о. д.

Вычислительная система - это рассматриваемый как единое целое комплекс, предназначенный решать определенные задачи, в котором задействованы центральный процессор, память и различные внешние устройства. Пример вычислительной системы: IBM-совместимый персональный компьютер и его различные внешние устройства.

Оценить достоинства вычислительной системы - значит показать, насколько удачно и оправданно были подобраны ее компоненты. В соединении с набором специальных программ вычислительная система становится автоматизированной системой. Так, например, компьютер с программой для бухгалтерии составляют автоматизированную систему бухгалтера, а в сочетании с программой для расчета деталей машин - автоматизированную систему проектирования деталей машин и т. д. Разумеется, и та и другая программы могут быть в одном и том же компьютере.

Особенно много вычислительных систем создается для решения задач в области обработки информации (информационно-поисковые вычислительные системы, информационно-справочные системы) и для управления объектами производства (управляющие вычислительные системы).

В зависимости от сущности решаемой задачи к вычислительным системам предъявляются разные требования. Все задачи можно разделить на две категории: на те, что надо решать с максимальной надежностью, безошибочно и на те, которые надо решать максимально быстро. Разумеется, системы с высокой скоростью решения не строят это в ущерб их надежности. Просто, при создании одних систем приоритетом является надежность, а для других - производительность и скорость. Вычислительные системы, которые в состоянии обрабатывать данные со скоростью их поступления называются системами реального времени. Это свойство особенно важно для выбора системы оперативного управления. В других системах, работающих в относительном масштабе времени, еще необработанные данные постепенно накапливаются.

ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА (ЭВМ), комплекс технических (аппаратных) и программных средств для обработки информации, вычислений, автоматического управления. В состав ЭВМ входят: процессор, пульт управления, оперативное запоминающее устройство, а также периферийные устройства (запоминающие, ввода-вывода данных и др.). Программные средства ЭВМ (программное обеспечение ЭВМ) содержат операционные системы ЭВМ, пакеты прикладных программ и программы, обеспечивающие автоматическое функционирование ЭВМ. Переработка информации осуществляется процессором в соответствии с программой, хранящейся в оперативной памяти или задаваемой извне (например, с пульта управления), состоит из множества типовых операций (действий), выполняемых над электрическими сигналами, представляющими (в кодированном виде) как собственно информацию, так и команды (предписания) программы. Типовые операции реализуются при помощи электронных устройств; механизмы в ЭВМ используются главным образом в устройствах ввода-вывода информации (например, при вводе данных с клавиатуры дисплея). Результаты обработки информации либо регистрируются на бумаге, либо отображаются на экране дисплея в наиболее удобной для пользователя форме. Важнейшая характеристика ЭВМ - ее производительность, т.е. среднестатистическое число команд программы, выполняемых ЭВМ в единицу времени (в 1994 рекордная производительность приближалась к миллиарду операций за 1 с). Первые ЭВМ появились в середине 40-х гг. 20 в. Обычно выделяют 4 поколения ЭВМ: на электронных лампах (середина 40-х - начало 50-х гг.), дискретных полупроводниковых приборах (середина 50-х - 60-е гг.), интегральных схемах (60-е гг.), больших и сверхбольших интегральных схемах (с середины 60-х гг.). В середине 80-х гг. появились ЭВМ, эксплуатационные возможности которых позволяют отнести их к новому, 5-му поколению ЭВМ. Особую группу составляют персональные ЭВМ (ПЭВМ). С середины 70-х гг. термин "ЭВМ" употребляется главным образом как синоним электронных цифровых вычислительных машин. В зарубежной, а с 80-х гг. и в отечественной литературе для обозначения ЭВМ применяется термин "компьютер". В начале 90-х гг. в мире насчитывалось несколько десятков млн. ПЭВМ, около 1 млн. высокопроизводительных ЭВМ, в том числе несколько сотен ЭВМ с рекордной производительностью (суперЭВМ).

Программный код — это последовательность команд, или инструкций, каждая из которых определенным образом закодирована и расположена в целом числе смежных байтов памяти. Каждая инструкция обязательно имеет операционную часть, несущую процессору информацию о требуемых действиях. Операндная часть, указывающая процессору, где находится его «предмет труда» — операнды, — может присутствовать в явном или неявном виде и даже отсутствовать. Операндная часть может описывать от нуля до двух операндов, участвующих в выполнении данной инструкции (есть инструкции, в которых, помимо двух операндов, задается еще и параметр инструкции). Здесь могут быть сами значения операндов (непосредственные операнды); явные или неявные указания на регистры процессора, в которых находятся операнды; адрес (или его составная часть) ячейки памяти или порта ввода-вывода; регистры процессора, участвующие в формировании адреса, и разные комбинации этих компонентов. Длина инструкции 32-битного процессора семейства х86 может быть от 1 до 12 байтов (а с префиксами — и до 17 байтов) и определяется типом инструкции. Исторически сложившийся формат инструкций х86 довольно сложен, и «понять», сколько байтов занимает конкретная инструкция, процессор может, лишь декодировав ее первые 1-3 байта. Инструкции могут предшествовать префиксы (к счастью, всегда однобайтные, но их может быть несколько), указывающие на изменение способа адресации, размера операнда или/и необходимость многократного (по счетчику и условию) повторения для данной инструкции. Адрес (логический) текущей исполняемой инструкции хранится в специальном регистре — указателе инструкций (Instruction Pointer, IP), который соответствует счетчику команд фон-неймановской машины. После исполнения так называемой линейной инструкции этот указатель увеличивает свое значение на ее длину, то есть указывает на начало следующей инструкции. Линейная инструкция не нарушает порядок выполнения инструкций, определяемый последовательностью их расположения в памяти (по нарастанию адреса). Помимо линейных инструкций существуют инструкции передачи управления, среди которых различают инструкции переходов и вызовов процедур. Эти инструкции в явном или неявном виде содержат информацию об адресе следующей выполняемой инструкции, который может указывать на относительно произвольную ячейку памяти. Инструкции переходов и вызовов могут быть безусловными (ни от чего не зависящими) и условными. Произойдет ли условный переход (вызов) или нет, зависит от состояния флагов (признаков) на момент исполнения данной инструкции. Если переход (вызов) не состоится, то исполняется инструкция, расположенная в памяти вслед за текущей. Вызов процедуры характерен тем, что перед ним процессор сохраняет в стеке (стек — это область ОЗУ) адрес следующей инструкции, и на этот адрес передается управление после завершения исполнения процедуры (этот адрес извлекается из стека при выполнении инструкции возврата). Переход выполняется безвозвратно.

Виртуальная машина (ВМ, от англ. virtual machine) —программная и/или аппаратная система, эмулирующая аппаратное обеспечение некоторой платформы (target — целевая, или гостевая платформа) и исполняющая программы для target-платформы на host-платформе (host — хост-платформа, платформа-хозяин) или виртуализирующая некоторую платформу и создающая на ней среды, изолирующие друг от друга программы и даже операционные системы (см.: песочница); также, спецификация некоторой вычислительной среды (например: «виртуальная машина языка программирования Си»). Виртуальная машина исполняет некоторый машинно-независимый код (например, байт-код, шитый код, p-код) или машинный код реального процессора. Помимо процессора, ВМ может эмулировать работу как отдельных компонентов аппаратного обеспечения, так и целого реального компьютера (включая BIOS, оперативную память, жёсткий диск и другие периферийные устройства). В последнем случае в ВМ, как и на реальный компьютер, можно устанавливать операционные системы (например, Windows можно запускать в виртуальной машине под Linux или наоборот). На одном компьютере может функционировать несколько виртуальных машин (это может использоваться для имитации нескольких серверов на одном реальном сервере с целью оптимизации использования ресурсов сервера).

Защищённый режим (режим защищённой виртуальной адресации) — режим работы процессора. Разработан фирмой Digital Equipment (DEC) для 32-разрядных компьютеров VAX-11, а также фирмой Intel для своих процессоров. Несмотря на то, что защищённый режим частично был реализован уже в процессоре 80286, там существенно отличался способ работы с памятью, так как процессоры еще были 16-битными и не была реализована страничная организация памяти. Применяется в процессорах и других производителей. Данный режим позволил создать многозадачные операционные системы — UNIX 1969 г., Microsoft Windows 1985 г. и другие

Архитектура процессора — количественная составляющая компонентов микроархитектуры вычислительной машины (процессора компьютера) (например, регистр флагов или регистры процессора), рассматриваемая IT-специалистами в аспекте прикладной деятельности.

— совместимость с определённым набором команд (например, процессоры, совместимые с командами Intel х86), их структуры (например, систем адресации или организации регистровой памяти) и способа исполнения (например, счетчик команд).

Микроархитектура (англ. microarchitecture; иногда сокращается до µarch или uarch) — это способ, которым данная архитектура набора команд (ISA, АНК) реализована в процессоре. Каждая АНК может быть реализована с помощью различных микроархитектур[1]. Реализации могут варьироваться в зависимости от целей данного дизайна или в результате изменений в технологиях[2]. Архитектура компьютера является комбинацией микроархитектуры, микрокода и АНК.

Режимы работы процессораПроцессоры могут работать в различных режимах. Под термином «режим» подразумевается способы, которым процессор создает (и обеспечивает) для себя рабочую среду. Режим работы процессора задает способ адресации к оперативной памяти и способ управления отдельными задачами. Процессоры персональных компьютеров могут работать в трех режимах: реальном, защищенном и виртуальном режимах.

Реальный режим

Первоначально персональные компьютеры фирмы IBM могли адресовать только 1 Мбайт оперативной памяти. Это решение, принятое в начале развития персональных компьютеров, продолжало соблюдаться и в последующее время — в каждом компьютере следующего поколения процессор должен был уметь работать в режиме совместимости с процессором Intel 8086. Этот режим назвали реальным. Когда процессор работает в реальном режиме, он может обращаться к памяти только в пределах 1 Мбайт (как и процессор Intel 8086), и не может использовать 32-разрядные и 64-разрядные операции. Процессор попадает в реальный режим сразу же после запуска. В реальном режиме работают операционные системы DOS и стандартные DOS-приложения.

Защищенный режим

Начиная с процессоров Intel 80286 и компьютеров типа IBM PC/AT, появляется защищенный режим. Это более мощный режим работы процессора по сравнению с реальным режимом. Он используется в современных многозадачных операционных системах. Защищенный режим имеет много преимуществ:

■ В защищенном режиме доступна вся системная память (не существует предела 1 Мбайт).

■ В защищенном режиме операционная система может организовать одновременное выполнение нескольких задач (многозадачность).

■ В защищенном режиме поддерживается виртуальная память — операционная система при необходимости может использовать жесткий диск в качестве расширения оперативной памяти.

■ В защищенном режиме осуществляется быстрый (32/64-разрядный) доступ к памяти и поддерживается работа 32-х разрядных операций ввода-вывода.

Каждая выполняемая на компьютере программа имеет свою собственную область памяти, которая защищена от доступа со стороны других программ. Когда какая-либо программа пытается обратиться по неразрешенному для нее адресу памяти, генерируется ошибка защиты памяти. Все современные операционные системы используют защищенный режим, включая Windows 98/Ме, Windows NT/2000/XP, OS/2 и Linux. Даже операционная система DOS (обычно работающая в реальном режиме) может использовать доступ к памяти защищенного режима с помощью программного интерфейса DPMI (DOS Protected Mode Interface — интерфейс защищенного режима операционной системы DOS). Этот интерфейс используется компьютерными играми и другими программами под DOS для того, чтобы преодолеть барьер в 640 Кбайт основной памяти DOS. С появлением процессора Intel 386 защищенный режим был усовершенствован: увеличено максимально доступное адресное пространство, расширена система команд. Поэтому он иногда называется усовершенствованным защищенным режимом.

Процессоры получили возможность переключаться из реального режима работы в защищенный и обратно (для возврата из защищенного режима в компьютерах на базе процессора 80286 использовались специальные аппаратные решения). Именно с появлением процессоров семейства 386 защищенный режим стал широко использоваться в операционных системах.

Виртуальный режим

Защищенный режим используют графические многозадачные операционные системы, такие как Windows. Иногда возникает необходимость выполнения DOS-программ в среде операционной системы Windows. Но DOS-программы работают в реальном режиме, а не в защищенном. Для решения этой проблемы был разработан виртуальный режим или режим виртуального процессора 8086. Этот режим эмулирует (имитирует) реальныйрежим, необходимый для работы DOS-программ, внутри защищенного режима. Операционные системы защищенного режима (такие как Windows) могут создавать несколько машин виртуального режима — при этом каждая из них будет работать так, как будто она одна использует все ресурсы персонального компьютера. Каждая виртуальная машина получает в свое распоряжение 1 Мбайтное адресное пространство, образ реальных программ BIOS и т.п. Виртуальный режим используется при работе в DOS-окне или при запуске DOS-игр в операционной системе Windows 98/Ме. При запуске на компьютере DOS-приложения операционная система Windows создает виртуальную DOS-машину, в которой выполняется это приложение.

Процессоры могут оперировать с операндами разнообразных типов и размеров:

¦ целыми числами (со знаком и без знака) размером в байт, слово (16 бит), двойное слово (DWord, 32 бита), учетверенное слово (QWord, 64 бит) и двойное учетверенное слово (DQWord, 128 бит);

¦ строками байтов, слов, двойных и учетверенных слов;

¦ битами, битовыми полями и строками битов;

¦ числами в формате с плавающей точкой (FP) размером в 32, 64 и 80 бит.

Возможность работы с длинными операндами (64 и 128 бит) появилась в процессорах с расширениями ММХ и ХММ, базовая архитектура IA-32 таких возможностей не предоставляла. Операнды инструкций могут находиться в регистрах процессора, памяти (или в порте ввода-вывода), а также в самой инструкции (непосредственный операнд). Наиболее эффективно процессор работает с операндами, расположенными в его регистрах. Состав регистров, с которыми работают прикладные программы, приведен на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Прикладные регистры процессоров х86

Для обращений к памяти у процессоров х86 используются 16-битные сегментные регистры, с помощью которых формируется логический адрес (см. 7.3):

¦ CS (Code Segment) — для адресации выбираемых инструкций;

¦ SS (Stack Segment) — для работы со стеком;

¦ DS, ES, FS и GS — для обращения к данным.

Названия 32-битных регистров начинаются с буквы Е, названия 64-битных — с буквы R. Блоки FPU (математический сопроцессор), ММХ и ХММ в архитектуре процессоров IA-32 х86 держатся особняком. Они присутствуют не во всех процессорах и являются пристройками к центральному процессору с его набором обычных целочисленных регистров. Эти блоки предназначены для ускорения вычислений с данными различных форматов. При отсутствии математического сопроцессора (он стал неотъемлемой частью процессора только начиная с процессоров 486DX и Pentium) прикладная программа все-таки может использовать инструкции FPU, но для этого операционная система должна поддерживать эмуляцию сопроцессора. Эмулятор сопроцессора — это программа- обработчик прерывания или исключения от сопроцессора, которая должна «выловить» код операции сопроцессора, определить местонахождение данных и выполнить требуемые вычисления, опираясь на целочисленную арифметику центрального процессора. Понятно, что эмуляция будет выполняться во много раз медленнее, чем те же действия, выполняемые настоящим сопроцессором. Эмуляция для блоков ММХ и ХММ не предусматривается — эти блоки предназначены для ускорения вычислений в приложениях реального времени, и выполнять их с крайне низкой скоростью эмуляции было бы просто бессмысленно.

Помимо регистров общего назначения, предназначенных для использования прикладными программами, процессоры имеют ряд регистров системного назначения (на рисунке не показаны). Эти регистры прикладными программами обычно не используются. К ним относятся системные адресные регистры, управляющие регистры, регистры отладки и тестирования. Ряд этих регистров являются модельно-специфическими (Model-Specific Registers, MSR), они предназначены для управления расширениями отладки, мониторингом производительности, машинным контролем, кэшированием областей физической памяти и другими функциями. Их назначение привязывается к микроархитектуре конкретного процессора, состав меняется от модели к модели, доступ привилегирован. Доступность регистров различных групп зависит от режима работы процессора и уровня привилегий задачи.

Эффективный адрес. В большинстве вычислительных систем эффективным адресом называется адрес, по которому с точки зрения программиста происходит обращение к памяти; численно он совпадает с виртуальным адресом, причём последний термин используется значительно чаще. Однако в случае архитектуры IA-32 ситуация несколько сложнее. Здесь эффективным адресом называется смещение, то есть один из двух компонентов логического адреса. Другой компонент — селектор сегмента — в состав эффективного адреса не входит и автоматически учитывается процессором при преобразовании логического в линейный адрес и далее в физический адрес. Таким образом, технически эффективный адрес является лишь одним из компонентов адреса, по которому происходит обращение к памяти с точки зрения программы.

Страничная трансляция адресов. Если программа реально использует лишь часть возможного линейного адресного пространства, а так всегда и бывает, то неиспользуемые поля в каталоге страниц помечаются, как отсутствующие. Для таких полей система, экономя память, не выделяет страничные таблицы.

При включенной страничной трансляции линейный адрес рассматривается, как совокупность трех полей: 10-битового индекса в каталоге страниц, 10-битовбго индекса в выбранной таблице страниц и 12-битового смещения в выбранной странице. Напомним, что линейный адрес образуется путем сложения базового адреса сегмента, взятого из дескриптора сегмента, и смещения в этом сегменте, предоставленного программой.

Старшие 10 бит линейного адреса образуют номер поля в каталоге страниц. Базовый адрес каталога хранится в одном из управляющих регистров процессора, конкретно, в регистре CR3. Из-за того, что каталог сам представляет собой страницу и выровнен в памяти на границу 4 Кбайт, в регистре CR3 для адресации к каталогу используются лишь старшие 20 бит, а младшие 12 бит зарезервированы для будущих применений.

Поля каталога имеют размер 4 байт, поэтому индекс, извлеченный из линейного адреса, сдвигается влево на 2 бит (т.е. умножается на 4) и полученная величина складывается с базовым адресом каталога, образуя адрес конкретного поля каталога. Каждое поле каталога содержит физический базовый адрес одной из таблиц страниц, причем, поскольку таблицы страниц сами представляют собой страницы и выровнены в памяти на границу 4 Кбайт, в этом адресе значащими являются только старшие 20 бит.

Далее из линейного адреса извлекается средняя часть (биты 12...21), сдвигается влево на 2 бит и складывается с базовым адресом, хранящимся в выбранном поле каталога. В результате образуется физический адрес страницы в памяти, в котором опять же используются только старшие 20 бит. Этот адрес, рассматриваемый, как старшие 20 бит физического адреса адресуемой ячейки, носит название страничного кадра. Страничный кадр дополняется с правой стороны младшими 12 битами линейного адреса, которые проходят через страничный механизм без изменения и играют роль смещения внутри выбранной физической страницы.

Виртуа́льная па́мять (англ. Virtual memory) — технология управления памятью ЭВМ, разработанная для многозадачных операционных систем. При использовании данной технологии для каждой программы используются независимые схемы адресации памяти, отображающиеся тем или иным способом на физические адреса в памяти ЭВМ. Позволяет увеличить эффективность использования памяти несколькими одновременно работающими программами, организовав множество независимых адресных пространств (англ.), и обеспечить защиту памяти между различными приложениями. Также позволяет программисту использовать больше памяти, чем установлено в компьютере, за счет откачки неиспользуемых страниц на вторичное хранилище (см. Подкачка страниц).При использовании виртуальной памяти упрощается программирование, так как программисту больше не нужно учитывать ограниченность памяти, или согласовывать использование памяти с другими приложениями. Для программы выглядит доступным и непрерывным все допустимое адресное пространство, вне зависимости от наличия в ЭВМ соответствующего объема ОЗУ.

мультипроцессорные и избыточные системыВ мультипроцессорных системах (МПС) имеется несколько процессоров, каждый из которых может относительно независимо от остальных выполнять свою программу. В МПС существует общая для всех процессоров операционная система, которая оперативно распределяет вычислительную нагрузку между процессорами. Важным свойством МПС является отказоустойчивость, то есть способность к продолжению работы при отказах некоторых элементов, например процессоров или блоков памяти. При этом производительность, естественно, снижается, но не до нуля, как в обычных системах, в которых отсутствует избыточность.

В современных ПК встречаются варианты установки нескольких (двух или более) процессоров на одной системной шине. При этом возможны конфигурации с симметричной мультипроцессорной обработкой (Symmetric Multi-Processing, SMP) и избыточным контролем функционирования (Functional Redundancy Checking, FRC).

В конфигурации с избыточным контролем функционирования два процессора (пара Master и Checker) выступают как один логический. Основной процессор (Master) работает в обычном однопроцессорном режиме. Проверочный процессор (Checker) выполняет все те же операции «про себя», не управляя шиной, и сравнивает выходные сигналы основного (проверяемого) процессора с теми сигналами, которые он генерирует сам, выполняя те же операции без выхода на шину. В случае расхождения вырабатывается сигнал ошибки, который может обрабатываться как прерывание. FRC-контроль применяют только в особо ответственных системах. Поддержка FRC появилась, начиная с процессоров Intel Pentium, но не во всех последующих моделях; она имеется и у процессоров фирмы AMD.

ISA (от англ. Industry Standard Architecture, ISA bus, произносится как ай-эс-эй) — 8- или 16-разрядная шина ввода/вывода IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате.

С появлением материнских плат формата ATX шина ISA перестала широко использоваться в компьютерах, хотя встречаются ATX-платы с AGP 4x, 6 PCI и одним (или двумя) разъёмами ISA. Но пока её ещё можно встретить в старых AT-компьютерах, а также в промышленных компьютерах.

PCI (англ. Peripheral component interconnect, дословно — взаимосвязь периферийных компонентов) — шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

Стандарт на шину PCI определяет:

физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);

электрические параметры (например, напряжения);

логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине).

Развитием стандарта PCI занимается организация PCI Special Interest Group

PCI Express, или PCIe, или PCI-E (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X и PXI) — компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

Развитием стандарта PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group.

В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

горячая замена карт;

гарантированная полоса пропускания (QoS);

управление энергопотреблением;

контроль целостности передаваемых данных.

Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel после отказа от шины InfiniBand. Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X. Де-факто PCI Express заменила эти шины в персональных компьютерах.