Структура современных эвм
Начало изменение в классической архитектуре – относится к 3-му поколению ЭВМ (переход от транзисторов к интегральным схемам).
- уменьшение размеров функциональных узлов ЭВМ
- предпосылки для роста быстродействия процессора
=> противоречие между высокой скоростью обработки информации внутри машины и медленной работой устройств ввода – вывода (у них механические части). Т.е. процессор должен «ждать» информацию из внешнего мира, то есть простаивать.
=> необходимо освободить центральный процессор от функции обмена информацией с внешними устройствами.
В современных ЭВМ эта функция передана контроллеру.
Контроллер (адаптер) – устройство, которое связывает периферическое оборудование и каналы связи с центральным процессором, освобождая его от непосредственного управления функционированием данного оборудования. Т.е. контроллер – это специализированный процессор.
Пример. Контроллер НГМФ, контроллер принтера, видеоадаптер и др.
Т.е. сейчас любое внешнее устройство имеет контроллер.
Схема работы.
1. Центральный процессор при необходимости обмена с внешним устройством выдает задание на его осуществление контроллеру.
2. Контроллер создает канал связи между ОЗУ и внешним устройством
3. дальнейшая передача идет под управлением контроллера без использования центрального процессора
Следующие изменение внутри структуры произошло в IV поколении ЭВМ. Для связи между отдельными функциональными узлами ЭВМ появилось принципиально новое устройство – общая шина (магистраль, системная шина)
Системная шина – это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Системная шина включает в себя:
1. Кодовую шину данных, которая служит для параллельной передачи всех разрядов числового кода.
В ПК на базе Intel Pentium шина данных 64-х разрядная, => т.е. за один такт на обработку поступает сразу 8 байт данных.
2. кодовую шину адреса, которая служит для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной память или порта ввода – вывода внешнего устройства.
Т.е. данные, передаваемые по адресной шине – трактуются как адреса ячеек оперативной памяти. Именно из этой шины процессор считывает адреса команд, которые необходимо выполнить. В современных процессорах шина адреса 32 разрядная (т.е. состоит из 32 параллельных проводников).
3. кодовая шина инструкций (командная шина) – служит для передачи управленческих сигналов во все блоки машины.
Большинство современных компьютеров имеют 32 разрядную командную шину, но бывает и 64 разрядная.
Т.о. схематично процесс взаимодействия устройств ПК с помощью шины можно представит так:
Процессор (АЛУ, УУ)
Видео ОЗУ
Внутренняя память (ОЗУ, ПЗУ)
Шина адреса
С
истемная
шина
Шина данных
Устройства вывода
Устройства ввода
Внешняя память
Шина
управления
Упрощенное представление. Как процессор читает содержимое ячейки памяти.
1. Помещает на адресную шину требуемый адрес
2. На управленческую шину устанавливает необходимую служебную информацию (операция – «чтение», устройство – «ОЗУ» и т.п.)
3. ОЗУ, увидев на адресной шине адрес, извлекает содержимое соответствующей ячейки и помещает его на шину данных.
Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
1. микропроцессор ↔ основная память
2. МП ↔ порты в – в внешних устройств
3. основная память ↔ порты в – в внешних устройств.
Все блоки подключаются к шине через соответствующие унифицированные разъемы единообразно: непосредственно через контроллеры (адаптеры).
Такую структуру легко пополнять новыми устройствами – открытость архитектуры.
На рисунке есть видео ОЗУ. Появление этого блока связано разработкой особого устройства – дисплея (монитора). Для получения на экране стабильной картинки ее где–то хранить. Для этого и существует видеопамять.
Математическое сопровождение
Генератор тактовых импульсов
Интерфейс клавиатуры
клавиатуры
Интерфейсная
система
АЛУ
Микропроцессорная память
УУ
Системная шина
видеоадаптер
видеомонитор
Сетевой адаптер
принтер
Адаптер принтера
Адаптер МЖМД
Адаптер НГМД
Внешняя память
Основная память
ПЗУ
ОЗУ
НГМД
НЖМД
Микропроцессор
Источник питания
таймер
Канал связи
Здесь.
Сначала содержимое видеопамяти формируется компьютером. Затем контроллер дисплея выводит изображение на экран.
Конструктивно видеопамять может быть выполнена как часть обычного ОЗУ или содержаться в контроллере дисплея.
Видеопамять хранит воспроизводимую на экране информацию.
Еще особенность современного ЭВМ.
Существует режим прямого доступа к памяти – режим, при котором внешнее устройство обменивается непосредственно с ОЗУ без участия ЦП. Для этого существует специальный контроллер ПДП. Режим ПДП появился только в машинах III поколения.
Пример использования. Работа звуковой карты. Воспроизведение звуков с точки зрения процессора очень медленное (процессор - частота 500МГц, частота дискретизации CD – 44 Гц) В этом случае процессор лишь помещает в ОЗУ необходимые данные и сообщает контроллеру ПДП их адрес и количество. Последний неспеша обеспечивает передачу данных, которая требуется звуковой карте.
Приведем боле подробную структурную схему современного ПК.
(см. выше)
Микропроцессорная память – служит для кратковременного хранения записи, выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины.
Строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины. Быстрее оперативной памяти.
Интерфейная система – реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК. Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.
К этой системе относятся так называемые порты ввода – вывода – аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК.
Генератор тактовых импульсов – генерирует последовательность электронных импульсов, их частота определяет тактовую частоту машины.
Промежуток времени межу импульсами определяет время одного такта машины. Тактовая частота определяет количество элементарных операций, выполняемых процессором за 1 секунду.
Так как, каждая операция осуществляется за определенное количество тактов -> чем выше тактовая частота, тем выше быстродействие. Это одна из основных характеристик ПК. Измеряется в МГц (1 Гц = одна операция в секунду).