Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, то есть средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип (Рис. 12).

Магистраль (системная шина) — это набор электронных линий, связывающих центральный процессор, основную память и периферийные устройства воедино относительно передачи данных, служебных сигналов и адресации памяти. Благодаря модульному принципу построения потребитель сам может комплектовать компьютер нужной ему конфигурации и производить при необходимости ее модернизацию.

Что позволяет говорить о модульном принципе построения компьютера? Конструктивно составные части системного блока и магистраль располагаются на системной плате. На ней иногда бывают сосредоточены все необходимые для работы компьютера элементы. Такие платы называются All-In-One.

Рис. 12

Однако большая часть компьютеров имеет системные платы, которые содержат лишь основные узлы, а элементы связи, например, с приводами накопителей, дисплеем и другими периферийными устройствами на ней отсутствуют. В таком случае эти отсутствующие элементы располагаются на отдельных печатных платах, которые вставляются в специальные разъемы расширения, предусмотренные для этого на системной плате. Эти дополнительные платы называют дочерними (daughterboard), а системную плату — материнской (motherboard).

На материнской плате располагаются: процессор (1), шины, порты ввода-вывода, оперативная память (2). Кроме этого, на ней располагаются устройства управления шинами — так называемые «чипсеты» (3), слоты расширения (4) для подключения самых разнообразных устройств ввода-вывода, ПЗУ (5), контроллер клавиатуры (6), разъемы для подключения жестких и гибких дисков, мыши, принтера (7), батарейка (8), обеспечивающая сохранение системных настроек после выключения компьютера, разъем для подключения питания (9), и многое другое.

Рис. 13. Материнская плата

Функциональные устройства, выполненные на дочерних платах, часто называют контроллерами или адаптерами, а сами дочерние платы — платами расширения. Таким образом, подключение отдельных модулей компьютера к магистрали, находящейся непосредственно на материнской плате, на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и правильно отреагировать на него. За его выполнение процессор не отвечает, отвечает лишь соответствующий контроллер, поэтому периферийные устройства компьютера заменяемы и набор таких модулей произволен. Большая часть периферийных устройств подсоединяется очень просто — снаружи, через разъемы на корпусе системного блока к выходам соответствующих контроллеров — портам (периферийные устройства еще называются внешними, так как осуществляют связь ЭВМ с "внешним миром").

Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Процессор выполняет арифметические и логические операции, взаимодействует с памятью, управляет и согласует работу периферийных устройств.

Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по образующим магистраль трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям связи), соединяющим все модули — шине данных, шине адресов, шине управления. Разрядность шины определяется количеством битов информации, передаваемых по шине параллельно.

Данные по шине данных могут передаваться от процессора к какому-либо устройству, или наоборот, от устройства к процессору, то есть шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести:

q запись/чтение данных из оперативной памяти (оперативное запоминающее устройство — ОЗУ);

q запись/чтение данных из внешних запоминающих устройств (ВЗУ);

q чтение данных с устройств ввода;

q пересылка данных на устройства вывода.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, формируя код адреса данного устройства, а для ОЗУ — код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к устройствам (однонаправленная шина).

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.