Архитектура ЭВМ– это наиболее общие
принципы построения ЭВМ, реализующие
программное управление работой
и взаимодействием основных ее функциональных
узлов.Под архитектурой ЭВМ принято понимать
совокупность общих принципов организации
аппаратно-программных средств и основных
их характеристик, определяющая функциональные
возможности ЭВМ при решении соответствующих
типов задач. Архитектура ЭВМ включает
в себя как структуру, отражающую состав
ПК, так и программно – математическое
обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность
элементов и связей между ними. Основным
принципом построения всех современных
ЭВМ является программное управление.
Классическая архитектура ЭВМ.
Основы учения об архитектуре вычислительных
машин были заложены Джон фон Нейманом.
Совокупность этих принципов породила
клПоложения фон Неймана:
Компьютер состоит из нескольких основных
устройств (арифметико-логическое устройство,
управляющее устройство, память, внешняя
память, устройства ввода и вывода)
Арифметико-логическое устройство – выполняет
логические и арифметические действия,
необходимые для переработки информации,
хранящейся в памяти
Управляющее устройство – обеспечивает
управление и контроль всех устройств
компьютера (управляющие сигналы указаны
пунктирными стрелками)
Данные, которые хранятся в запоминающем
устройстве, представлены в двоичной форме
Программа, которая задает работу компьютера,
и данные хранятся в одном и том же запоминающем
устройстве
Для ввода и вывода информации используются
устройства ввода и вывода
Один из важнейших принципов – принцип
хранимой программы – требует, чтобы программа
закладывалась в память машины так же,
как в нее закладывается исходная информация.
Арифметико-логическое устройство и устройство
управления в современных компьютерах
образуют процессор ЭВМ. Процессор, который
состоит из одной или нескольких больших
интегральных схем называется микропроцессором
или микропроцессорным комплектом. Процессор
– функциональная часть ЭВМ, выполняющая
основные операции по обработке данных
и управлению работой других блоков. Процессор
является преобразователем информации,
поступающей из памяти и внешних устройств.
Запоминающие устройства обеспечивают
хранение исходных и промежуточных данных,
результатов вычислений, а также программ.
Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные
СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ)
запоминающие устройства. Оперативные
ЗУ хранят информацию, с которой компьютер
работает непосредственно в данное время
(резидентная часть операционной системы,
прикладная программа, обрабатываемые
данные). В СОЗУ хранится наиболее часто
используемые процессором данные. Только
та информация, которая хранится в СОЗУ
и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.
Внешние запоминающие устройства (накопители
на магнитных дисках, например, жесткий
диск или винчестер) с емкостью намного
больше, чем ОЗУ, но с существенно более
медленным доступом, используются для
длительного хранения больших объемов
информации. Например, операционная система
(ОС) хранится на жестком диске, но при
запуске компьютера резидентная часть
ОС загружается в ОЗУ и находится там до
завершения сеанса работы ПК.
ПЗУ (постоянные запоминающие устройства)
и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные
запоминающие устройства) предназначены
для постоянного хранения информации,
которая записывается туда при ее изготовлении,
например, ППЗУ для BIOS.
В качестве устройства ввода информации
служит, например, клавиатура. В качестве
устройства вывода – дисплей, принтер
и т.д.
В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ
происходит последовательное считывание
команд из памяти и их выполнение. Номер
(адрес) очередной ячейки памяти, из которой
будет извлечена следующая команда программы,
указывается специальным устройством
– счетчиком команд в устройстве управления.ассическую
(фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.
Материнская плата (англ. motherboard, MB, также
используется название англ. mainboard — главная
плата; сленг. мама, мать, материнка) —
сложная многослойная печатная плата,
на которой устанавливаются основные
компоненты персонального компьютера
либо сервера начального уровня (центральный
процессор, контроллер оперативной памяти
и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры
базовых интерфейсов ввода-вывода). Именно
материнская плата объединяет и координирует
работу таких различных по своей сути
и функциональности комплектующих, как
процессор, оперативная память, платы
расширения и всевозможные накопители.
Центральный процессор (ЦПУ).
Набор системной логики (чипсет — англ.
chipset) — набор микросхем, обеспечивающих
подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам
периферийных устройств. Как правило,
современные наборы системной логики
строятся на базе двух СБИС: «северного»
и «южного мостов».
Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memory controller
hub), системный контроллер — обеспечивает
подключение ЦПУ к узлам, использующим
высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический
контроллер.
Для подключения ЦПУ к системному контроллеру
могут использоваться такие FSB-шины, как
HyperTransport и SCI.
Обычно к системному контроллеру подключается
ОЗУ. В таком случае он содержит в себе
контроллер памяти. Таким образом, от типа
применённого системного контроллера
обычно зависит максимальный объём ОЗУ,
а также пропускная способность шины памяти
персонального компьютера. Но в настоящее
время имеется тенденция встраивания
контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ
(например, контроллер памяти встроен
в процессоры в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает
функции системного контроллера и снижает
тепловыделение.
В качестве шины для подключения графического
контроллера на современных материнских
платах используется PCI Express. Ранее использовались
общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.Южный мост
(англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный
контроллер — содержит контроллеры периферийных
устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио),
контроллеры шин для подключения периферийных
устройств (шины PCI, PCI Express и USB), а также
контроллеры шин, к которым подключаются
устройства, не требующие высокой пропускной
способности (LPC — используется для подключения
загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется
для подключения мультиконтроллера (англ.
Super I/O) — микросхемы, обеспечивающей поддержку
исторических низкопроизводительных
интерфейсов передачи данных: последовательного
и параллельного интерфейсов, контроллера
клавиатуры и мыши).
Как правило, северный и южный мосты реализуются
в виде отдельных СБИС, однако существуют
и одночиповые решения. Именно набор системной
логики определяет все ключевые особенности
материнской платы и то, какие устройства
могут подключаться к ней.
Оперативная память (также оперативное
запоминающее устройство, ОЗУ). Каждая
ячейка оперативной памяти имеет свой
индивидуальный адрес. Оперативная память
передаёт процессору данные непосредственно,
либо через кэш-память. ОЗУ изготавливается
как отдельный блок; также может входить
в конструкцию однокристальной ЭВМ или
микроконтроллера в виде оперативной
памяти.
Загрузочное ПЗУ. Хранит ПО, которое исполняется
сразу после включения питания. Как правило,
загрузочное ПЗУ содержит BIOS.