Koti-Sana-5 nykyaikaisten tietokoneiden rakenne ja arkkitehtuuri. Mikä on PC-arkkitehtuuri

5 nykyaikaisten tietokoneiden rakenne ja arkkitehtuuri. Mikä on PC-arkkitehtuuri

Tietojenkäsittelyjärjestelmät ja niiden luokittelu

Luento #2

1. Tietojenkäsittelyjärjestelmät ja niiden luokittelu. yksi

2. Henkilökohtaisen tietokoneen arkkitehtuuri. 6

3. Tyypit ja tarkoitus Tietokoneverkot. 14

4. Tietokoneverkkoarkkitehtuuri. kaksikymmentä

5. Menetelmät verkkolaitteiden liittämiseksi toisiinsa. 23

6. Tietokoneverkkojen luokittelu. 24

7. Hierarkkiset verkot. 26

Modernissa tietoyhteiskunta Tietokone ei ole luksusta, vaan väline tiettyjen ongelmien ratkaisemiseen. Ja koska tehtävät ovat monimutkaisia ​​ja voivat liittyä eri toiminta-alueisiin, tietokoneiden tulisi olla erilaisia. Mutta tämä ei tarkoita, että meidän on ostettava uusi tietokone kunkin tehtävän ratkaisemiseksi, mutta meidän on ymmärrettävä selvästi tehtävän tason ja tietokoneen tehon suhde.

Tietokone on moniselitteinen termi, jota käytetään useimmiten ohjelmaohjatun elektronisen tietojenkäsittelylaitteen nimityksenä. Vaikka nykyään, kun puhumme tietojen käsittelystä, tallentamisesta ja vastaanottamisesta, on oikeampaa käyttää termiä tietokonejärjestelmä (CS).

Tietojenkäsittelyjärjestelmien kykyjen arvioimiseksi ne jaetaan yleensä ryhmiin tiettyjen ominaisuuksien mukaan, esim. luokitella. Luokittelujärjestelmiä on useita. Käsittelemme vain muutamia niistä keskittyen niihin, jotka mainitaan useimmiten saatavilla olevassa teknisessä kirjallisuudessa ja työkaluissa. joukkotiedotusvälineet.

Luomisen vaiheiden mukaan ja käytetty elementtipohja Tietokoneet jaetaan ehdollisesti sukupolviin:

Ensimmäinen sukupolvi, 50-luku; Tietokone elektronisilla tyhjiöputkilla.

Toinen sukupolvi, 60s; tietokoneet erillään puolijohdelaitteet(transistorit).

Kolmas sukupolvi, 70-luku; Tietokoneet, jotka perustuvat integroituihin puolijohdepiireihin, joiden integrointiaste on matala ja keskitaso (satoja - tuhansia transistoreita yhdessä paketissa).

· Neljäs sukupolvi, 80s; Tietokoneet suurilla ja erittäin suurilla integroiduilla piireillä - mikroprosessorit (kymmeniä tuhansia - miljoonia transistoreita yhdessä.

· Viides sukupolvi, 90-luku; Tietokoneet, joissa on useita kymmeniä rinnakkain toimivia mikroprosessoreita, jotka mahdollistavat tehokkaiden tiedonkäsittelyjärjestelmien rakentamisen; Tietokoneet erittäin monimutkaisilla mikroprosessoreilla, joissa on rinnakkaisvektorirakenne ja jotka suorittavat samanaikaisesti kymmeniä peräkkäisiä ohjelmakäskyjä;

Kuudes ja seuraavat sukupolvet; optoelektroniset tietokoneet massarinnakkaisuudella ja neutronirakenteella - kanssa hajautettu verkko suuri numero(kymmeniä tuhansia) yksinkertaisia ​​mikroprosessoreita, jotka simuloivat neutronibiologisten järjestelmien arkkitehtuuria.

Jokaisella seuraavan sukupolven tietokoneilla on edellisiin verrattuna merkittävästi paras suoritus. Tietokoneiden suorituskyky ja kaikkien tallennuslaitteiden kapasiteetti kasvavat, kun taas mitat pienenevät.

Ajanvarauksella:

Universaalit on tarkoitettu laajan luokan ongelmien ratkaisemiseen (matemaattisista laskelmista multimediakäsittelyyn), ts. tällaisten lentokoneiden on palveltava ohjelmistosovelluksia, jotka on suunniteltu hyvin erilaisille ja hyvin erillään oleville tieteellisen tutkimuksen aloille.

Ongelmakeskeisiä tietokoneita käytetään ratkaisemaan suppeampi joukko ongelmia, jotka liittyvät pääsääntöisesti hallintaan teknisiä kohteita; rekisteröinti, kerääminen ja käsittely ei suuria määriä tiedot; laskelmien suorittaminen suhteellisen yksinkertaisia ​​algoritmeja käyttäen; niillä on rajalliset laitteisto- ja ohjelmistoresurssit verrattuna keskustietokoneisiin.

Ongelmakeskeisiä tietokoneita ovat erityisesti kaikenlaiset ohjauslaskentajärjestelmät.

Erikoistuneet keskittyvät ratkaisemaan kapeaa ongelmaluokkaa. Näiden lentokoneiden kapea suuntaus mahdollistaa niiden rakenteen selkeän erikoistumisen, vähentää merkittävästi niiden monimutkaisuutta ja kustannuksia säilyttäen samalla korkea suorituskyky ja työnsä luotettavuudesta.

Tietokoneiden luokittelu sellaisten indikaattoreiden, kuten mittojen ja suorituskyvyn, mukaan voidaan esittää seuraavasti.

Koon mukaan:

supersuuri (supertietokone)

suuri

erittäin pieni (mikrotietokone)

Tietokoneen toiminnallisuus määrittää tärkeimmät tekniset ja toiminnalliset ominaisuudet:

nopeus mitattuna koneen suorittamien toimintojen keskimääräisellä määrällä aikayksikköä kohti;

Bittisyvyys ja lukujen esitysmuodot, joilla tietokone toimii;

kaikkien tallennuslaitteiden nimikkeistö, kapasiteetti ja nopeus;

· tietojen tallentamiseen, vaihtoon ja syöttöön tarkoitettujen ulkoisten laitteiden nimikkeistö ja tekniset ja taloudelliset ominaisuudet;

tyypit ja läpijuoksu laitteet tietokonesolmujen tietoliikenteeseen ja liitäntään toisiinsa (koneen sisäinen käyttöliittymä);

Tietokoneen kyky työskennellä samanaikaisesti useiden käyttäjien kanssa ja suorittaa useita ohjelmia samanaikaisesti (moniohjelmointi);

koneessa käytettyjen käyttöjärjestelmien tyypit ja tekniset ja toiminnalliset ominaisuudet;

Ohjelmiston saatavuus ja toimivuus;

kyky suorittaa muun tyyppisille tietokoneille kirjoitettuja ohjelmia ( ohjelmistojen yhteensopivuus muun tyyppisten tietokoneiden kanssa);

koneohjeiden järjestelmä ja rakenne;

kyky muodostaa yhteys viestintäkanaviin ja tietokoneverkkoon;

tietokoneiden toimintavarmuus;

· kerroin hyödyllistä käyttöä tietokone ajassa, määräytyy ajan suhteen hyödyllistä työtä ja ennaltaehkäisyaika.

TO supertietokone Sisältää tehokkaat moniprosessoritietokoneet, joiden nopeus on satoja miljoonia - kymmeniä miljardeja toimintoja sekunnissa. Supertietokoneita käytetään ratkaisemaan monimutkaisia ​​ja suuria tieteellisiä ongelmia (meteorologia, hydrodynamiikka jne.), hallinnassa, tiedustelussa, keskitettyinä tietovarastoina jne.

Keskusyksiköt ulkomailla kutsutaan useimmiten mainframeiksi (Mainframe). He ovat valmiita tänään ovat edelleen tehokkaimmat (muut kuin supertietokoneet) tietokonejärjestelmät yleinen tarkoitus tarjoaa jatkuvan vuorokauden ympäri.

Palvelin - tehokas tietokone tietokoneverkoissa, joka tarjoaa palveluita siihen liitetyille tietokoneille ja pääsyn muihin verkkoihin. Mistä tahansa tietokoneesta voi tulla palvelin, jos asennat siihen sopivan verkkoohjelmiston.

Pienet tietokoneet(minitietokoneet) - luotettavat, edulliset ja helppokäyttöiset tietokoneet, joiden ominaisuudet ovat hieman pienemmät kuin keskustietokoneet.

Mikrotietokoneet ovat tietokoneita prosessori valmistettu mikroprosessorin muodossa. Kehittyneissä mikrotietokonemalleissa on useita mikroprosessoreita. Tietokoneen suorituskykyä määrittävät paitsi käytetyn mikroprosessorin ominaisuudet, myös RAM-muistin kapasiteetti, oheislaitteiden tyypit, suunnitteluratkaisujen laatu jne.

Mikrotietokoneet ovat työkaluja monenlaisten ratkaisujen ratkaisemiseen haastavia tehtäviä. Niiden mikroprosessorit lisäävät tehoa joka vuosi, ja oheislaitteet- tehokkuus.

Henkilökohtaiset tietokoneet(PC) ovat mikrotietokoneita yleismaailmallinen tarkoitus, suunniteltu yhdelle käyttäjälle ja jota hallinnoi yksi henkilö.

Henkilökohtaisten tietokoneiden luokkaan kuuluu erilaisia ​​koneita - edullisista kotitietokoneista ja pelikonsolit kytketty televisioihin, erittäin monimutkaisiin koneisiin tehokas prosessori, muistiasema, jonka kapasiteetti on kymmeniä gigatavuja, värillinen grafiikkalaitteet korkea resoluutio, multimedia ja muut lisälaitteet.

Vaatimukset henkilökohtaiselle tietokoneelle:

maksaa useista sadaista 5-10 tuhanteen dollariin;

Ulkoisten tallennuslaitteiden läsnäolo magneettisissa ja optinen media;

RAM-muistin määrä on vähintään 4 Mt;

käyttöjärjestelmän läsnäolo;

Kyky työskennellä kieliohjelmien kanssa korkeatasoinen;

Käyttäjälähtöisyys - ei-ammattimainen (yksinkertaisissa malleissa).

Kannettavat tietokoneet on nyt tullut erittäin muodikas laite. Nyt sen valitsevat paitsi yritysjohtajat, johtajat, tutkijat, toimittajat, joiden on työskenneltävä toimiston ulkopuolella - kotona, esityksissä tai työmatkoilla, vaan myös opiskelijat sekä ne, jotka haluavat säästää tilaa kotona.

Kannettavien tietokoneiden päätyypit:

Muistikirja(Englanti) muistikirja – muistilehtiö, muistilehtiö PC). Yksi suosituimmista lajikkeista. Pöytätietokoneiden tärkein kilpailija kysynnän suhteen. Melkein kaikki tietävät siitä. Hän on monella tapaa ala-arvoinen tavallinen tietokone suorituskyvyssä ja vielä enemmän liikkuvuudessa. Se syntyi vain ollakseen mobiili. Jotta voit ottaa sen mukaasi, kävellä puistossa, istua penkillä ja työskennellä ulkona. Ja sen kanssa pääsee myös ulkomaille, sillä se mahtuu pieneen pussiin.

Kannettavaa tietokonetta ohjataan näppäimistöllä ja kosketuslevyllä, joka toimii tavallisena pöytäkoneen hiirenä. Molemmat laitteet ovat sisäänrakennettuja, kuten myös kannettavan tietokoneen näyttö. Kotelo on kuin kirja, jonka sisältö on luettavissa vain avaamalla se. Avoimessa asennossa sitä pitävät saranat, jotka sijaitsevat useimmiten sivuilla. Suljettuna se on muovikirja, joka painaa yleensä kolme kiloa tai enemmän. Joskus on metallinäytteitä.

netbook(Englanti) netbook). pieni kopio tavallinen kannettava tietokone, mikä antoi keinottelijoille - valmistajille mahdollisuuden laskea hintoja merkittävästi kannettavien tietokoneiden markkinoilla. Toisin kuin heidän vanhemmat veljensä ja sisarensa, he ovat paljon halvempia, mutta heidän on myös oltava tyytyväisiä pienempiä kokoja, suorituskyky, näppäimistö, kosketuslevy, näyttö ja kaikki muu, mitä kannettavassa tietokoneessa voi nähdä.

Tabletti(Tabletti, Tabletti) – pienimmät nykyaikaiset henkilökohtaiset tietokoneet. Mahtuu kämmenelle. Varustettu kosketusnäyttö ja voit työskennellä kynällä tai sormilla sekä näppäimistön ja hiiren kanssa että ilman.

Siten erotetaan seuraavat tietokonelaitteiden luokitukset:

kehitysvaiheiden mukaan (sukupolvien mukaan);

arkkitehtuurissa;

suorituskyvyn suhteen

käyttöolosuhteiden mukaan;

Prosessorien lukumäärän mukaan

· kuluttajaominaisuuksien mukaan jne.

Kuitenkin selkeät rajat modernissa tietokone Tiede ei ole olemassa. Kun rakenteet ja tuotantoteknologiat paranevat, uusia tietokoneluokkia ilmaantuu, olemassa olevien luokkien rajat muuttuvat merkittävästi.

Tietokone on yleinen tekninen järjestelmä tiedon keräämiseen, käsittelyyn ja siirtoon. Tarkistelemalla tietokonelaitteet, on tapana erottaa niiden arkkitehtuuri ja rakenne.

Vuosina 1946-1948 Princetonin yliopistossa (USA) tutkijaryhmä, jota johti Johannes von Neumann kehitti tietokoneprojektin, jota ei koskaan toteutettu, mutta tämän ideat ovat käytössä tähän päivään asti. Tätä projektia kutsuttiin von Neumannin koneeksi tai Princetonin koneeksi. periaatteet tietokone von Neumannin muotoilemat ovat seuraavat:

1. Ohjelman hallinnan periaate(ohjelma koostuu joukosta käskyjä, jotka prosessori suorittaa automaattisesti peräkkäin tietyssä järjestyksessä).

2. Muistin homogeenisuuden periaate(ohjelmat ja tiedot tallennetaan samaan muistiin; voit suorittaa samat toiminnot komennoille kuin datalle).

3. Kohdistamisen periaate(päämuisti koostuu rakenteellisesti numeroiduista soluista).

Nykyaikaisten henkilökohtaisten tietokoneiden arkkitehtuuri perustuu runkomoduuliperiaatteeseen. Modulaarinen periaate antaa kuluttajalle mahdollisuuden viimeistellä tarvitsemansa tietokoneen asetukset ja päivittää sen.

Järjestelmän modulaarinen organisaatio perustuu tiedonvaihdon pääperiaatteeseen (väylä). Runko (järjestelmäväylä) on joukko elektroniset linjat, joka yhdistää keskusyksikön, järjestelmämuisti ja oheislaitteet.

Riisi. 1.5. Runkomoduuliperiaatteen tietokonearkkitehtuuri

Mukana johtosarja järjestelmäväylä voidaan jakaa erillisiin ryhmiin: osoiteväylä, dataväylä ja ohjausväylä.

Dataväylä. Tämä väylä siirtää tietoja eri laitteiden välillä. Dataväylän bittimäärä määräytyy prosessorin bittimäärän mukaan, ts. prosessorin yhdessä kellojaksossa käsittelemien bittien lukumäärä.

Osoiteväylä. Jokaisella RAM-solulla on oma osoite. Osoite välitetään osoiteväylän kautta. Osoiteväylän leveys määrää prosessorin osoiteavaruuden, ts. niiden RAM-solujen lukumäärä, joilla voi olla yksilölliset osoitteet.

Ohjausväylä. Ohjausväylä lähettää signaaleja, jotka määrittävät maantiellä tapahtuvan tiedonvaihdon luonteen. Ohjaussignaalit määrittävät, mikä toiminto - tietojen lukeminen tai kirjoittaminen muistista - on suoritettava, synkronoidaan laitteiden välisen tiedonvaihdon jne.

Kaikki tietokoneen laitteet (moduulit) on kytketty väylään, mutta vain prosessori ja RAM voidaan kytkeä suoraan väylään, loput laitteet kytketään erityisillä sovituslaitteilla - ohjaimilla (näppäimistöohjain, videomuistiohjain, jne.)

Harkitse tietokoneen päälohkojen koostumusta ja tarkoitusta. Tällä hetkellä peruskokoonpanossa tarkastellaan neljää laitetta:

· järjestelmän yksikkö;

Monitori

näppäimistö;

Järjestelmän yksikkö. Kaikki tärkeimmät komponentit pöytätietokone ovat nutriassa järjestelmälohko. Järjestelmäyksikön sisällä olevia laitteita kutsutaan sisäisiksi, ja siihen ulkopuolelta kytkettyjä laitteita kutsutaan ulkoisiksi. Ulkoisia lisälaitteita, jotka on suunniteltu tietojen syöttämiseen, ulostuloon ja pitkäaikaiseen tallentamiseen, kutsutaan myös oheislaitteiksi.

PC-arkkitehtuuri määrittää toimintaperiaatteen, tietolinkkejä ja tietokoneen tärkeimpien loogisten solmujen yhdistäminen:

Keski mikroprosessori;

päämuisti

· ulkoinen muisti;

oheislaitteet.

Mikroprosessori (MP). Tämä on tietokoneen keskusyksikkö, joka on suunniteltu ohjaamaan koneen kaikkien yksiköiden toimintaa ja suorittamaan aritmeettisia ja loogisia operaatioita tiedoille.

Prosessorin käyttötarkoitus:

1. hallita tietokoneen toimintaa annettu ohjelma;

2. suorittaa tietojenkäsittelytoimintoja.

Mikroprosessori on valmistettu erittäin suuren integroidun piirin muodossa. Termi "suuri" ei tarkoita kokoa, vaan määrää. elektroniset komponentit asetetaan pienelle piikiekolle. Niiden määrä on useita miljoonia. Mitä enemmän komponentteja mikroprosessori sisältää, sitä parempi on tietokoneen suorituskyky. Koko minimielementti mikroprosessori on 100 kertaa pienempi kuin ihmisen hiuksen halkaisija. Mikroprosessori työnnetään nastoilla emolevyn erityiseen kantaan, joka on neliön muotoinen ja jonka kehällä on useita reikirivejä.

Prosessorin komentojärjestelmä määrää tietokoneen kyvyt yleisenä toteuttajana tiedon kanssa työskennellä. Tämä ohjejärjestelmä on konekäskykieli (MIL). NML-komentoja käytetään tietokoneen ohjausohjelmien muodostamiseen. Yksi komento määrittää tietokoneen yksittäisen toiminnon (toiminnon). NML:ssä on komentoja, joilla suoritetaan aritmeettisia ja loogisia operaatioita, operaatioita komentojen suoritusjärjestyksen ohjaamiseksi, operaatioita tietojen siirtämiseksi muistilaitteesta toiseen jne.

V Mikroprosessorin koostumus sisältää:

Ohjauslaite (CU) - tuottaa ja toimittaa tiettyjä ohjaussignaaleja (ohjauspulsseja) koneen kaikkiin lohkoihin oikeaan aikaan suoritettavan toimenpiteen erityispiirteiden ja aiempien toimintojen tulosten vuoksi; muodostaa suoritettavan toiminnon käyttämien muistisolujen osoitteet ja siirtää nämä osoitteet vastaaville tietokoneyksiköille; ohjauslaite vastaanottaa referenssipulssisekvenssin kellopulssigeneraattorilta;

aritmeettinen logiikkayksikkö (ALU) - suunniteltu suorittamaan kaikki aritmeettiset ja loogiset toiminnot numeerisille ja symbolisille tiedoille (joissakin PC-malleissa operaatioiden suorittamisen nopeuttamiseksi, lisätoiminto matemaattinen apuprosessori);

mikroprosessorimuisti (MPM) - palvelee tietojen tallennuksen ja luovuttamisen lyhytaikaisuutta, jota käytetään suoraan laskelmissa koneen seuraavissa jaksoissa, koska päämuisti (OP) ei aina tarjoa tiedon kirjoittamisen, etsimisen ja lukemisen nopeutta tarpeellinen tehokasta työtä nopea mikroprosessori. Rekisterit - eripituiset nopeat muistisolut (toisin kuin OP-solut, joiden vakiopituus on 1 tavu ja pienempi nopeus);

mikroprosessoriliitäntäjärjestelmä – toteuttaa pariliitoksen ja viestinnän muiden PC-laitteiden kanssa; sisältää sisäinen käyttöliittymä MP, puskurimuistirekisterit ja ohjauspiirit tulo-lähtöportteihin (I/O) ja järjestelmäväylään. Käyttöliittymä (rajapinta) - joukko välineitä tietokonelaitteiden liittämiseen ja viestintään, mikä varmistaa niiden tehokkaan vuorovaikutuksen. I / O - Input / Output port - liitäntälaite, jonka avulla voit liittää toisen PC-laitteen mikroprosessoriin.

Tärkein ominaisuus prosessori on kellotaajuus - sen suorittamien toimintojen määrä 1 sekunnissa (Hz). 8086 prosessori valmistettu Inteliltä henkilökohtaiselle IBM-tietokoneet, voisi suorittaa enintään 10 miljoonaa toimintoa sekunnissa, ts. sen taajuus oli 10 MHz. 80386-prosessorin kellotaajuus oli jo 33 MHz, ja Pentium prosessori suorittaa keskimäärin 100 miljoonaa toimintoa sekunnissa.

Lisäksi, jokainen prosessori voi toimia enintään tietyn määrän RAM-muistia. 8086-prosessorilla tämä määrä oli vain 1 MB, 80286-prosessorilla se kasvoi 16 megatavuun ja Pentiumilla 1 Gt. Muuten, tietokoneessa on yleensä paljon pienempi määrä RAM-muistia kuin sen prosessorin suurin mahdollinen.

Prosessori ja keskusmuisti ovat suurella kortilla nimeltä äidin. Yhdistääksesi siihen erilaisia lisälaitteita(asemat, manipulaattorit, kuten hiiret, tulostimet jne.) palvelevat erikoislevyt – ohjaimia. Ne kytketään pistorasiaan. (peliautomaatit) emolevyllä ja niiden loppua kohti (satama), tietokoneen ulkopuolella on liitetty valinnainen laite.

Esimerkkejä mikroprosessorien ominaisuuksista:

1. MP Intel-80386: osoiteavaruus - 232 tavua = 4 Gt, bittisyvyys 32, kellotaajuus - 25 - 40 MHz

2. MP Pentium: osoiteavaruus - 232 tavua = 4 Gt, kapasiteetti - 64 TB, kellotaajuus - 60 - 100 MHz.

Tietokoneen muisti. PC-muisti on jaettu sisäiseen ja ulkoiseen.

PC:n sisäinen muisti sisältää hajasaantimuistin (RAM) ja lukumuistin (ROM).

RAM on nopea, puolijohde, haihtuva muisti. RAM tallentaa suoritettavan tiedoston Tämä hetki ohjelma ja tiedot, joiden kanssa se toimii suoraan. Tämä tarkoittaa, että kun suoritat mitä tahansa tietokoneohjelma, joka sijaitsee levyllä, se kopioidaan RAM-muistiin, minkä jälkeen prosessori alkaa suorittaa tässä ohjelmassa kuvattuja komentoja. Osa RAM-muistista, jota kutsutaan "videomuistiksi", sisältää tiedot, jotka vastaavat näytöllä olevaa kuvaa. Kun virta katkaistaan, RAM-muistin sisältö tyhjennetään. Tietokoneen nopeus (nopeus) riippuu suoraan sen RAM-muistin koosta, joka nykyaikaisissa tietokoneissa voi olla jopa 4 Gt. Ensimmäisissä tietokonemalleissa RAM-muisti oli enintään 1 Mt. Moderni sovellusohjelmia vaativat usein vähintään 4 Mt RAM-muistia niiden suorittamiseen; muuten ne eivät yksinkertaisesti juokse.

RAM on muisti, jota käytetään sekä tietojen lukemiseen että kirjoittamiseen. Kun virta katkaistaan, RAM-muistin tiedot katoavat (volatiliteetti).

ROM on nopea, haihtumaton muisti. ROM on vain luku -muisti. Tiedot syötetään siihen kerran (yleensä tehtaalla) ja tallennetaan pysyvästi (kun tietokone käynnistetään ja sammutetaan). ROM tallentaa tietoja, joiden läsnäoloa tietokoneessa tarvitaan jatkuvasti.

ROM sisältää:

testaa ohjelmia, jotka tarkistavat sen lohkojen oikean toiminnan joka kerta, kun tietokone käynnistetään;

· ohjelmat tärkeimpien oheislaitteiden hallintaan - asema, näyttö, näppäimistö;

tietoja käyttöjärjestelmän sijainnista levyllä.

Päämuisti koostuu rekistereistä. Rekisteri on laite tietojen tilapäiseen tallentamiseen digitoidussa (binäärimuodossa). Rekisterin tallennuselementti on liipaisin - laite, joka voi olla jommassakummassa kahdesta tilasta, joista toinen vastaa binäärinollan tallentamista, toinen binaarisen nollan tallentamista. Liipaisin on pieni akkukondensaattori, joka voidaan ladata useita kertoja. Jos tällainen kondensaattori on ladattu, se näyttää muistavan arvon "1", jos latausta ei ole, arvon "O". Rekisteri sisältää useita toisiinsa liittyviä varvastossuja. Rekisterissä olevien kiikkujen määrää kutsutaan tietokoneen bittisyvyydeksi. Tietokoneen suorituskyky riippuu suoraan bittisyvyydestä, joka voi olla 8, 16, 32 ja 64.

Emolevy. suurin elektroninen taulu tietokoneessa on emolevy tai emolevy. Siinä on mikroprosessori, RAM, väylä (tai renkaat), BIOS. Lisäksi on elektronisia piirejä (ohjaimia), jotka ohjaavat joitain tietokonelaitteita. Näppäimistön ohjain on siis aina emolevyllä. Usein on myös ohjaimia muille laitteille (kiintolevyt, levykeasemat jne.).

Ohjaimet. Elektronisia piirejä, jotka ohjaavat erilaisia ​​tietokonelaitteita, kutsutaan ohjaimiksi. Kaikissa tietokoneissa on ohjaimet näppäimistön, näytön, levykeasemien, kovalevy jne. Useimmissa tietokoneissa jotkin ohjaimet sijaitsevat erillään elektroniset levyt– ohjainlevyt. Nämä levyt työnnetään emolevyn erityisiin liittimiin (paikkaan). Kun ohjain asetetaan emolevyn liittimeen, se on kytketty väylään - runkoon.

Voiman lähde. Tämä on lohko, joka sisältää autonomiset ja verkkovirtalähdejärjestelmät PC:lle.

ulkoinen muisti. Se viittaa tietokoneen ulkoisiin laitteisiin, ja sitä käytetään ongelmien ratkaisemiseen mahdollisesti tarvittavien tietojen pitkäaikaiseen tallentamiseen. Erityisesti kaikki tietokoneohjelmistot on tallennettu ulkoiseen muistiin. Ulkoinen muisti sisältää erilaisia ​​tallennuslaitteita, mutta yleisimmät, lähes kaikissa tietokoneissa saatavilla olevat ovat kiintolevyt (HDD) optiset levyt(CD-ROM, CD-R, CR-W, DVD) jne.

Henkilökohtaisen tietokoneen arkkitehtuuri määräytyy ensisijaisesti sen sisäisen rakenteen perusteella: keskusprosessori- ja muistialijärjestelmät, koneensisäinen rajapinta sekä tiedon syöttö-tulostus-alijärjestelmät (kuva 3.3).

Henkilökohtaisen tietokoneen keskusyksikkö on mikroprosessori, ohjaa kaikkia muita tietokoneen laitteita ja suorittaa datalle aritmeettisia ja loogisia operaatioita. Mikroprosessori sisältää:

ohjauslaite(CU), joka muodostaa ohjaussignaalit kellogeneraattorin referenssisignaalien perusteella

Riisi. 3.3.

niya sekä suoritettavan toiminnon käyttämien muistisolujen osoitteet ja niiden siirtäminen asianmukaisiin lohkoihin;

  • aritmeettinen logiikkayksikkö(ALU), suunniteltu suorittamaan kaikki aritmeettiset ja loogiset operaatiot tiedoille;
  • mikroprosessorimuisti(MPP), joka palvelee suoraan koneen seuraavien jaksojen laskelmissa käytettävien tietojen lyhytaikaista tallennusta, tallennusta ja luovuttamista. Mikroprosessorimuisti on toteutettu rekistereinä - nopeina laitteina, jotka on suunniteltu väliaikaiseen tietojen tallentamiseen. rajoitettu koko. Rekistereillä on pääsääntöisesti sama kapasiteetti kuin konesanalla (yhdessä kellojaksossa käsitelty binääriluku);
  • mikroprosessoriliitäntäjärjestelmä(ISM), joka toteuttaa mikroprosessorin pariliitoksen (kommunikoinnin) muiden tietokonelaitteiden kanssa. Sisältää mikroprosessorin sisäisen rajapinnan, puskurimuistirekisterit sekä I/O-portin ja järjestelmäväylän ohjauspiirit.

Tietokoneen pääliitäntäjärjestelmä, joka tarjoaa kaikkien sen laitteiden pariliitoksen ja viestinnän keskenään, on järjestelmäväylä(pää), joka sisältää seuraavat osat:

  • dataväylä konedatasanan kaikkien bittien rinnakkaislähetykseen;
  • osoiteväylä johdoista ja liitäntäpiireistä päämuistisolun osoitekoodin tai ulkoisen laitteen tulo-lähtöportin kaikkien numeroiden rinnakkaissiirtoon;
  • ohjausväylä lähettää ohjaussignaalit kaikkiin tietokoneen lohkoihin.

Järjestelmäväylä tarjoaa kolme suuntaa tiedonsiirtoon:

  • mikroprosessorin ja päämuistin välillä;
  • ulkoisten laitteiden mikroprosessori- ja tulo-lähtöportit;
  • päämuisti ja ulkoisten laitteiden I / O-portit (tilassa suora pääsy muistiin).

Kaikki tietokonelohkot (niiden tulo-lähtöportit) on kytketty väylään suoraan tai vastaavien yhtenäisten liittimien (liitosten) kautta. ohjaimet (sovittimet). Järjestelmäväylää ohjataan yleensä väylän ohjain, jotka muodostavat tärkeimmät ohjaussignaalit. Tiedonvaihto ulkoisten laitteiden ja järjestelmäväylän välillä tapahtuu ASCII-koodeilla.

tietokoneen päämuisti suunniteltu tietojen tallentamiseen ja nopeaan vaihtoon tietokoneyksiköiden välillä. Sisältää kahden tyyppisiä tallennuslaitteita: lukumuisti (ROM) ja Random Access Memory (RAM):

  • ROM tallentaa muuttumattoman (pysyvän) ohjelmatiedot ja antaa sinun lukea vain siihen tallennettuja tietoja. Tänne tallennetaan PC-laitteiden testausohjelmat, I/O-palvelut, eräät tiedot jne. Kun tietokone sammutetaan, pysyvän muistin sisältö tallennetaan;
  • RAM on suunniteltu toiminnalliseen tallentamiseen, tallentamiseen ja tietojen (ohjelmien ja tietojen) lukemiseen, jotka liittyvät suoraan tietokoneen toimintaan. RAM-muistin tärkein etu on sen suuri nopeus ja kyky suora valitus kuhunkin osoitettavaan kahdeksan muistisolun ryhmään erikseen (suora osoitteen käyttö soluun). Muistia kutsutaan RAMiksi, koska se toimii niin nopeasti, että prosessorin ei juuri koskaan tarvitse odottaa, kun se lukee tietoja muistista ja kirjoittaa siihen. Kun tietokoneen virta katkaistaan, kaikki RAM-tiedot poistetaan. Tietokoneeseen asennetun RAM-muistin määrä määrittää, mitä ohjelmistoja voit käyttää tietokoneessa. Jos RAM-muistia ei ole riittävästi, monet ohjelmat eivät joko toimi tai toimivat hitaasti.

Ulkoinen muisti PC viittaa ulkoisiin laitteisiin ja sitä käytetään tietojen pitkäaikaiseen tallentamiseen. Asennettu ja kaikki tietokoneen sovellusohjelmistot on tallennettu ulkoiseen muistiin. Tietokoneen ulkoinen muisti sisältää useita tallennuslaitteita, mutta kiintolevyt ovat tärkeimmät. magneettiset levyt(HDD). Näiden levyjen tarkoitus on suurten tietomäärien tallentaminen, tallennettujen tietojen tallentaminen ja luovuttaminen pyynnöstä hajasaantimuistilaitteeseen. Ulkoisina muistilaitteina käytetään myös tallennuslaitteita kasettimagneettinauhalle (streamerit), optisia levyasemia, flash-kortteja jne.

Kellon generaattori(GTI) luo sekvenssin sähköimpulsseja. Vierekkäisten pulssien välinen aikaväli määrää koneen yhden jakson ajan tai vain tietokoneen jakson. GTI-taajuus on yksi henkilökohtaisen tietokoneen pääominaisuuksista ja määrittää suurelta osin sen toiminnan nopeuden, koska jokainen koneen toiminta suoritetaan tietyssä määrässä jaksoja.

Voiman lähde Tietokoneen IP (IP) on lohko, joka sisältää virtalähdejärjestelmiä PC-solmuille.

TO ulkoisia laitteita Ulkoisen muistin lisäksi henkilökohtainen tietokone sisältää erilaisia ​​syöttö- / tulostuslaitteita, joista tärkeimmät ovat videonäyttö, näppäimistö, hiiri.

Valtaosan tietokoneista rakenne perustuu yleiset periaatteet jotka laadittiin vuonna 1945. D. von Neumann, G. Goldstein ja A. Berks hahmottelivat yleisartikkelissaan uusia tietokoneiden rakentamisen ja toiminnan periaatteita. Tämän seurauksena kaksi ensimmäistä sukupolvea tietokoneita tuotettiin näiden periaatteiden pohjalta. Näiden periaatteiden pääteesit on esitetty alla:

  • Käyttö binäärijärjestelmä laskenta tietokoneissa.
  • Tietokoneohjelmistojen ohjaus.
  • Ohjelman nouto muistista tapahtuu ohjelmalaskurin avulla.
  • Tietokoneen muistia ei käytetä vain tietojen, vaan myös ohjelmien tallentamiseen.
  • Osoitusperiaate: tietokoneen muistielementeillä on osoitteet, jotka on numeroitu peräkkäin.
  • Mahdollisuus ehdolliseen haaraan ohjelman suorittamisen aikana.

Näillä periaatteilla rakennetut tietokoneet ovat von Neumann -tyyppisiä. Mutta on tietokoneita, jotka eroavat olennaisesti jälkimmäisistä. Ne eivät esimerkiksi välttämättä noudata ohjelman ohjauksen periaatetta, eli ne voivat toimia ilman "ohjelmalaskuria", joka ilmaisee kulloinkin suoritettavan ohjelmakäskyn. Näiden tietokoneiden ei tarvitse antaa sille nimeä viitatakseen johonkin muistiin tallennettuun muuttujaan. Tällaisia ​​tietokoneita kutsutaan ei-von Neumann-tietokoneiksi.

3.2 Von Neumannin koneen toimintaperiaate

Von Neumann kone- laite, joka koostuu tallennuslaitteesta (muistista) - muistista, aritmeettisesta logiikkayksiköstä - ALU, ohjauslaitteesta - CU sekä syöttö- ja tulostuslaitteista (kuva 3.1).

Ohjelmat ja tiedot syötetään muistiin syöttölaitteesta aritmeettisen logiikkayksikön kautta. Kaikki ohjelman komennot on kirjoitettu sisään viereisiä elementtejä muistiin, ja prosessoitavat tiedot voivat olla mielivaltaisissa kaapeissa. Kaikissa ohjelmissa viimeisen komennon on oltava sammutuskomento.

Kuva 3.1 - Von Neumannin koneen kaavio

Komento koostuu suoritettavan toiminnon määrittämisestä (mahdollisista tietyn laitteiston toiminnoista) ja niiden muistielementtien osoitteet, joihin on tallennettu data, jolle määritetty toiminto tulee suorittaa, sekä niiden solujen osoitteet, joissa tulos tulee kirjoittaa (jos se pitää tallentaa muistiin).

Aritmeettinen logiikkayksikkö suorittaa komentojen määrittämät toiminnot määritetyille tiedoille.

Aritmeettisen logiikkayksikön tulokset tulostetaan muistiin tai tulostuslaitteeseen. Olennainen ero muistin ja tulostuslaitteen välillä on se, että tiedot tallennetaan muistiin sellaisessa muodossa, joka on kätevä tietokoneella käsiteltäväksi, ja ne toimivat tulostuslaitteella (tulostin, näyttö jne.) sopivalla tavalla. henkilölle.

CU ohjaa kaikkia tietokoneen osia. Ohjaavalta laitteelta muut laitteet vastaanottavat "mitä tehdä" -signaaleja ja muilta laitteilta ohjausyksikkö tietoa niiden tilasta.

Ohjaava laite sisältää erityisen rekisterin nimeltä "Program Counter". Kun ohjelma ja tiedot on ladattu muistiin, ohjelman ensimmäisen käskyn osoite kirjoitetaan ohjelmalaskuriin. CU lukee muistista sen muistielementin sisällön, jonka osoite on ohjelmalaskurissa, ja sijoittaa sen sisään erityinen laite- "Komentorekisteri". CU määrittää komennon toiminnan, "merkitsee" muistiin tiedot, joiden osoitteet on määritetty komennossa, ja ohjaa komennon suorittamista. Toiminnon suorittaa ALU tai tietokonelaitteisto.

3.3 PC-arkkitehtuuri ja rakenne

Tietokonearkkitehtuuri sen kuvausta kutsutaan jollain yleisellä tasolla, joka sisältää kuvauksen käyttäjälle tarkoitetuista ohjelmointiominaisuuksista, komentojärjestelmästä, osoitejärjestelmästä, muistin järjestämisestä jne. Arkkitehtuuri määrittelee tietokoneen tärkeimpien loogisten solmujen: prosessorin, hajasaantimuistin, ulkoisen muistin ja oheislaitteiden toimintaperiaatteet, tietolinkit ja yhteenliittämisen. Arkkitehtuurin yleisyys erilaisia ​​tietokoneita varmistaa niiden yhteensopivuuden käyttäjän näkökulmasta.

Tietokoneen rakenne on joukko sen toiminnallisia elementtejä ja niiden välisiä yhteyksiä. Elementit voivat olla erilaisia ​​laitteita - tietokoneen loogisista pääsolmuista yksinkertaiset piirit. Tietokoneen rakenne esitetään graafisesti lohkokaavioina, joiden avulla voidaan kuvata tietokonetta millä tahansa yksityiskohtaisella tasolla.

Yleisimmät ovat tällaiset arkkitehtoniset ratkaisut (kuva 3.2):

Kuva 3.2 - Olemassa olevat tietokonearkkitehtuurityypit

klassista arkkitehtuuria(von Neumann-arkkitehtuuri) - yksi aritmeettinen logiikkayksikkö (ALU), jonka läpi tietovirta kulkee, ja yksi ohjausyksikkö (CU), jonka läpi käskyvirta kulkee - ohjelma. Tämä on yhden prosessorin tietokone.

Ohjain on laite, joka kommunikoi oheislaitteet tai viestintäkanavia keskusprosessorin kanssa vapauttaen prosessorin tämän laitteen toiminnan suorasta hallinnasta.

Moniprosessoriarkkitehtuuri. Useiden prosessorien läsnäolo tietokoneessa tarkoittaa, että useita tietovirtoja ja useita käskyvirtoja voidaan järjestää rinnakkain. Siten yhden tehtävän useita fragmentteja voidaan suorittaa rinnakkain. Tällaisen koneen, jossa on yhteinen RAM ja useita prosessoreita, rakenne on esitetty kuvassa 3.2.

Monikoneinen laskentajärjestelmä- Mukana useita prosessoreita laskentajärjestelmä, niillä ei ole yhteistä RAM-muistia, mutta jokaisella on oma (paikallinen). Jokaisella usean koneen järjestelmän tietokoneella on klassista arkkitehtuuria, ja tämä järjestelmä on laajalti käytössä. Tällaisen laskentajärjestelmän käytön vaikutus saadaan kuitenkin aikaan vain ratkaisemalla ongelmia, joilla on hyvin erikoinen rakenne: se on jaettava niin moneen löyhästi toisiinsa liittyvään osatehtävään kuin järjestelmässä on tietokoneita. Moniprosessori- ja monikonelaskentajärjestelmien nopeusetu yhden prosessorin järjestelmiin verrattuna on ilmeinen.

Arkkitehtuuri rinnakkaisilla prosessoreilla. Tässä useita ALU:ita toimii yhden ohjausyksikön ohjauksessa. Tämä tarkoittaa, että yksi ohjelma voi käsitellä paljon dataa - eli yksi komentovirta kerrallaan. Tällaisen arkkitehtuurin korkea suorituskyky voidaan saavuttaa vain tehtävissä, joissa samat laskentatoimet suoritetaan samanaikaisesti eri samantyyppisille tietojoukoille.

3.4 Tietokoneen rakenne

henkilökohtainen tietokone(PC) on suhteellisen edullinen yleismikrotietokone, joka on suunniteltu yhdelle käyttäjälle. Henkilökohtaiset tietokoneet projisoidaan yleensä avoimen arkkitehtuurin periaatteella.

Avoimen arkkitehtuurin periaate koostuu seuraavista:

  • vain tietokoneen toimintaperiaatteen kuvaus ja sen kokoonpano (tietyt laitteistot ja niiden väliset liitännät) ovat säänneltyjä ja standardoituja. Siten tietokone voidaan koota erillisistä komponenteista ja osista, jotka ovat itsenäisten valmistajien suunnittelemia ja valmistamia;
  • tietokone on helposti laajennettavissa ja päivitettävissä sisäisillä laajennuspaikoilla, joihin käyttäjä voi laittaa kaikenlaisia ​​ennalta määrätyn standardin mukaisia ​​laitteita ja siten konfiguroida koneensa henkilökohtaisten etujensa mukaan.

Yksinkertaistettu lohkokaavio, joka näyttää tärkeimmät toiminnalliset komponentit tietokonejärjestelmä niiden suhteen on esitetty kuvassa 3.3.

Kuva 3.3 - Yleinen rakenne henkilökohtainen tietokone

Liitäntä on keino koordinoida kahta laitetta, jossa kaikki fyysiset ja loogiset parametrit sopivat keskenään.

Jos rajapinta on yleisesti hyväksytty, esimerkiksi kansainvälisten sopimusten tasolla hyväksytty, niin sitä kutsutaan standardiksi. Jokainen väylään liittyvä toiminnallinen elementti (muisti, näyttö tai muu laite). tiettyä tyyppiä– osoite, ohjaus tai dataväylä. Liitäntöjen koordinoimiseksi oheislaitteet kytketään väylään ei suoraan, vaan ohjaimiensa kautta (sovittimet) ja portit suunnilleen tämän kaavion mukaisesti (kuva 3.4):

Kuva 3.4 - Kaavio laitteen kytkemisestä väylään

Ohjaimet ja sovittimet ovat elektroniikkapiirejä, jotka toimitetaan tietokonelaitteille, jotta niiden liitännät olisivat yhteensopivia. Lisäksi ohjaimet ohjaavat suoraan oheislaitteita mikroprosessorin pyynnöstä.

Laitteita kutsutaan porteiksi. standardi käyttöliittymä: sarja-, rinnakkais- ja peliportit(tai käyttöliittymät). Sarjaportti kommunikoi prosessorin kanssa tavu tavulta ja ulkoisten laitteiden kanssa - bitti bitiltä. Rinnakkaisportti vastaanottaa ja lähettää dataa tavu kerrallaan

LUENTO 3

HENKILÖKOHTAINEN TIETOKONE (lyhennetty PC tai PC, lausutaan "pi - si", englanniksi Рersonal Сomputer) ON PIENI TIETOKONE, joka on SUUNTEUTETTU EI TIETOTEKNIIKAN ERIKOISTAJILLE. Ennen henkilökohtaisten tietokoneiden tuloa insinöörit, tiedemiehet, taloustieteilijät ja muiden ammattien edustajat kommunikoivat tietokoneiden kanssa vain välittäjien - insinöörien - järjestelmäinsinöörien ja ohjelmoijien avulla, koska vanhojen tietokoneiden parissa työskentely vaati erityis harjoittelu. Henkilökohtaisten tietokoneiden myötä tällaisen sovittelun tarve katosi, koska tietokoneiden kanssa kommunikointiprosessi yksinkertaistui huomattavasti. Lisäksi niiden kustannukset laskivat. Tässä suhteessa henkilökohtaisista tietokoneista on tullut yhtä yleisiä insinöörien, tiedemiesten, sihteerien ja esimiesten työpaikoilla kuin esimerkiksi puhelimet.

ARKKITEHTUURI - KUVAUS MONIMISTA ELEMENTISTÄ KOOSTUVASTA YHDISTETYNÄ KOKONAISKUVASTA.

Tietojärjestelmän modulaarinen organisaatio perustuu tiedonvaihdon pääperiaatteeseen. PC-laitteet ovat yksittäisiä moduuleja, jotka on yhdistetty moottoritielle ohjaimilla ja joita ohjataan ohjelmataso varmistettu erityisiä ohjelmia- laitteistoajurit. Yhden tai useamman laitteen ohjaimet on asennettu erillisille levyille, joita kutsutaan sovittimiksi. Se on ohjain, joka vastaanottaa signaalin prosessorilta ja purkaa sen salauksen Tämä laite. Siten ei prosessori, vaan ohjain vastaa tietyn laitteen toiminnasta, jonka avulla voit vapaasti vaihtaa tietokoneen ulkoisia laitteita. Modulaarisen periaatteen avulla voit liittää ja vaihtaa oheislaitteita, lisätä sisäinen muisti, vaihda mikroprosessori, ts. antaa käyttäjän koota haluttu kokoonpano tietokoneeseen tai päivitä se.

PC:ssä on kaksi pääkomponenttia - laitteisto ja ohjelmisto.

Laitteisto henkilökohtainen tietokone - laitteisto, joka muodostaa tietokoneen. Kaikki laitteet, jotka muodostavat henkilökohtaisen tietokoneen laitteiston, on kytketty toisiinsa, jokainen niistä suorittaa oman tehtävänsä ja yleensä tarjoavat kaikentyyppisten tietojen täysimittaisen käsittelyn tietokoneen avulla.

Ulkoinen arkkitehtuuri tietokoneet ovat niitä laitteita, jotka tietokonetta omiin tarkoituksiinsa käyttävät ihmiset näkevät. Päälaitteita ovat:

§ järjestelmän yksikkö;

§ monitori;

§ näppäimistö;

§ manipulaattorit; tulostimet; skannerit; verkkolaitteisto .

Sisäinen arkkitehtuuri tietokone - nämä ovat laitteita, jotka tarjoavat tietojen keräämis-, käsittely-, tallennus-, esittämis- ja siirtoprosessit koneen sisällä. Suurin osa niistä sijaitsee järjestelmäyksikössä, alla rakennesuunnitelma PC:n sisäinen arkkitehtuuri.



Valtatie- nämä ovat johtimia, jotka yhdistävät kaikki tietokonelaitteet.Sekä ohjaussignaalit että tiedot välittyvät valtatietä pitkin laitteesta toiseen, mikä varmistaa niiden vuorovaikutuksen tiedonkäsittelyprosessissa.

Ohjaimet ovat elektronisia piirejä, jotka ohjaavat tietokonelaitteita.

Arkkitehtuurin käsite liittyy yleensä johonkin kauniiseen. Tämä ei ole täysin totta. Arkkitehti pyrkii varmistamaan, että rakennus tai rakennuskompleksi ei ole vain kaunis, vaan myös helppokäyttöinen, luotettava, taloudellinen, helppo ja nopea pystyttää sekä turvallinen. Laskennassa arkkitehtuuri määrittelee koostumuksen, tarkoituksen, looginen organisaatio ja kaikkien laitteistojen ja ohjelmistojen vuorovaikutusjärjestys yhdistettynä yhdeksi tietokonejärjestelmäksi. Toisin sanoen arkkitehtuuri kuvaa kuinka tietokone esitetään käyttäjälle.

Ensimmäistä kertaa amerikkalaiset käynnistivät henkilökohtaisten tietokoneiden tuotannon vuonna 1975 tekijältä APPLE(lausutaan "omena"). Sen perustaja Steve Jobs kokosi ensimmäisen Henkilökohtainen tietokone isänsä autotallissa. Hänen yrityksensä alkupääoma ei ylittänyt tuhatta dollaria, mutta alle kymmenessä vuodessa hän oli ylittänyt miljardin dollarin – sen tuotteiden kysyntä oli niin korkea. Vuonna 1981 ensimmäiset IBM:n henkilökohtaiset tietokoneet ilmestyivät (lausutaan "ai-bee-um"). Ne olivat halvempia ja käyttivät useiden muiden yritysten viimeisintä kehitystä kerralla, erityisesti MICROSOFTin ohjelmistoja (lausutaan "Microsoft"). Tämän tyyppiset koneet (niitä ei tuottanut ja valmistanut suinkaan vain IBM, eikä tämä yritys ole sen jälkeen eronnut tuhansien muiden joukosta) nousi markkinoiden johtavaan asemaan puolentoista-kahdessa vuodessa. Vuonna 1991, jakaa APPLE tietokoneet(niille annettiin nimi "Mac") oli vain 4 % myynnistä.

MODERNEISSA HENKILÖKOHTAISISSA TIETOKONEISSA KÄYTETÄÄN PÄÄSÄÄNNÖSTÄ AVOIN ARKKITEHTUUDEN PERIAATE. SE SISÄLTYY SIITÄ, ETTÄ TIETOJEN KÄSITTELYN SUORAAN OSALLISTUVAT LAITTEET (PROSESSORI. RUKAISPROSESSORI. RAM) ON YHTEYDET MUIHIN LAITTEIHIN YKSI LINJALLA – VÄYLÄLLÄ. VÄLÄN KAUTTA PROSESSORIIN LIITTEETTYJÄ LAITTEITA, EI SUORAAN, KUTSOIDAAN OHJEISPUOLELLE (huomio tämän sanan kirjoitustapa!) Väylä on tiedonsiirtokanava johtimien muodossa painettu piirilevy tai kierretty kaapeli.

Tässä kaaviossa väylä on kuvattu kaksipäisenä nuolena osoittamaan, että informaatio virtaa sitä pitkin sekä prosessorilta oheislaitteille että kääntöpuoli. Liittimet on merkitty mustilla neliöillä. Kaava on ehdollinen, havainnollistaen vain nykyaikaisen tietokoneen perusperiaatteita, joten useita laitteita, erityisesti videosovitinta, ei näytetä tässä.

PROSESSORI, APUPROSESSORI, MUISTI JA VÄYLÄ LIITINTÄ OHJEISLAITTEIDEN LIITTÄMISTÄ VARTEN ON ASETETTU YHDELLÄ LEVYLLE, KUTSOITUKSELLE ÄITI- TAI PÄÄlevyksi (englanninkielinen emolevy tai emolevy):

Jos avaat tietokoneen kotelon, näet suuren levyn, jossa on sirut, muut elektroniset laitteet ja liittimet (paikat), joihin muut levyt työnnetään ja joihin muut laitteet on kytketty kaapeleilla. Tämä on emolevy.

KOKOONPANO - TIETOKONEESEEN LIITETTYJEN LAITTEIDEN KOOSTUMUS.

PORTTI ON ULKOisen LAITTEEN TIETOKONEEN KYTKENTÄPISTE.

Miksi tietokone on suunniteltu sellaiseksi kuin se on? Koska tässä tapauksessa se muuttuu kaltaiseksi lasten rakentaja- se voidaan koota kaikista markkinoilla olevista laitteista (mukaan lukien eri yritysten valmistamat).

AVOIN ARKKITETUURIN EDUT ON, ETTÄ KÄYTTÄJÄ SAADA MAHDOLLISUUDEN:

1) VALITSE TIETOKONEEN KOKOONPANO. Itse asiassa, jos et tarvitse tulostinta tai sinulla ei ole tarpeeksi rahaa sen ostamiseen, kukaan ei pakota sinua ostamaan sitä uuden tietokoneen mukana. Aiemmin se ei ollut niin - kaikki laitteet myytiin yhtenä sarjana ja tietyn tyyppisenä, joten oli mahdotonta valita tai vaihtaa jotain.

2) LAAJENNA JÄRJESTELMÄÄ LIITTÄMÄLLÄ SIIHIN UUSIA LAITTEITA. Esimerkiksi, kun olet kerännyt rahaa ja ostanut tulostimen, voit liittää sen helposti tietokoneeseesi.

3) PÄIVITYS JÄRJESTELMÄN VAIHDALLA MITEN LAITTEIDEN UUDELLE LAITTEELLE. Todellakin, sinun ei tarvitse heittää pois koko tietokonetta tätä varten! Riittää, kun kytket toisen laitteen yhden sijasta. Erityisesti voit vaihtaa emolevyn vaihtaaksesi tietokoneesta, jossa on vanhan tyyppinen prosessori, tietokoneeseen, jossa on uudentyyppinen prosessori.

PC-arkkitehtuuri

Tietokoneen osien perusasettelua ja niiden välistä suhdetta kutsutaan Personal Computer (PC) -arkkitehtuuriksi. PC-arkkitehtuuria kuvattaessa määritellään siihen sisältyvien komponenttien koostumus, niiden toiminnot ja ominaisuudet.

Tietokoneen keskus on järjestelmäyksikkö, joka puolestaan ​​on jaettu:

· Keskusprosessori;

·RAM-muisti:

· Emolevy;

· Näytönohjain;

· Kehys;

· Virtalähde;

· HDD;

· Optinen asema.

Näistä laitteista keskustellaan nyt.

prosessori

Keskusyksikkö (CPU, CPU, CPU) - elektroniikkayksikkö tai mikropiiri, pääosa laitteisto. Se ohjaa kaikkien tietokonesolmujen toimintaa ja algoritmeja kuvaavaa ohjelmaa. CPU muuntaa kaiken käsitellyn tiedon digitaaliseksi, ts. hänelle ymmärrettävämpää. Fyysisesti se on pieni elektroninen piiri emolevyllä, joka suorittaa kaikki laskelmat ja tietojenkäsittelyn. Prosessori toimii suuri nopeus ja voi suorittaa kymmeniä tai jopa satoja miljoonia toimintoja sekunnissa. Se voidaan esittää seuraavina pääsolmuina:

ohjauslaite, joka on suunniteltu purkamaan salaus ja suorittamaan komentoja;

Muistin osoittamiseen ja laskennallisten toimintojen suorittamiseen tarvittavat työrekisterit;

aritmeettis-looginen yksikkö, suorittaa loogisia ja aritmeettiset operaatiot;

tulo-ulostulon ohjaus, tietojen syöttö-tulostus prosessoriin tai prosessorista;

Prosessori toimii ohjeiden kanssa, joille on määritetty prosessorin suorittama toiminto. Mikä tahansa prosessorin suorittama ohjelma koostuu useista erilaisista käskyistä.

Tarkastellaanpa lyhyesti komennon muotoa. Tieto tietokoneeseen tallennetaan binäärikoodin muodossa, joka koostuu sekvensseistä 0 ja 1. Näillä sarjoilla on 8 bitin kerrannainen, ts. 8-bittinen, 16-bittinen, 32-bittinen jne. 0 tai 1 tässä järjestyksessä kutsutaan bitti . Vastaavasti:

8 bittiä = 1 tavu;

16 bittiä = 1 konesana;

32 bittiä = koneen kaksoissana.

Tietokoneessa tiedon määrä määräytyy seuraavissa määrissä:

1024 tavua = 1 kilotavu (KB);

1024 kt = 1 megatavu (MB);

1024 Mt = 1 gigatavu (Gt);

1024 Gt = 1 teratavu (TB).

Prosessori toimii RAM-muistin kanssa, koska se tallentaa tiedot, joita prosessori tarvitsee toimiakseen. Lisäksi prosessori sijoittaa laskelmiensa tulokset RAM-muistiin ennen lopullista tallennusta

tietokoneen pitkäaikainen muisti.

Emolevy

Emolevy (emolevy) - levy, joka yhdistää tietokonelaitteet. tärkeä toimintoÄitimuisti on, että siinä on BIOS-siru, joka sisältää tietoja tietokoneen kokoonpanosta ja tietoja tietokoneen ensimmäisestä käynnistyksestä.

Emolevyllä on monia erilaisia ​​laitteita, kuten:

· Keskusprosessori;

· BIOS-siru;

Piirisarja (eteläinen ja pohjoinen silta s);

· AGP-paikka;

· PCI-paikat;

· IDE-liittimet;

SATA-liittimet:

· SATA-ohjaimet;

· Liittimet USB-laitteiden tai lisä-USB-porttien liittämistä varten;

Liitin painikkeiden liittämistä varten etupaneeli järjestelmän lohko;

· Äänikortti;

· PS 2 -portit näppäimistölle ja hiirelle.

Ja nyt lisää näistä laitteista.

BIOS - Basic Input/Output System

BIOS (Basic Input/Output System) - perussyöttö-tulostusjärjestelmä - osa järjestelmäohjelmistoa, joka on suunniteltu tarjoamaan käyttöjärjestelmälle pääsy tietokonelaitteistoihin ja siihen kytkettyihin laitteisiin. BIOS sisältää tietokoneen ja sen ohjelman asetukset bootstrap. Kun virta kytketään päälle tietokoneen BIOS alustaa emolevyyn kytketyt laitteet, tarkistaa niiden suorituskyvyn. Jos kaikki on kunnossa, BIOS etsii käynnistyslatainta tallennusvälineiltä, ​​kuten esim. HDD. Tämän jälkeen käynnistyslatain siirtää ohjauksen käyttöjärjestelmälle. Uudemmissa emolevyissä voi olla 2 sirua, mikä lisää BIOSin vakautta.

Piirisarja- sarja siruja, jotka suorittavat joukon toimintoja. Tietokoneissa piirisarja sijaitsee emolevyllä ja toimii komponenttina, joka varmistaa muistin, CPU:n, I / O- ja muiden alijärjestelmien yhteisen toiminnan. Nykyaikaisten tietokoneiden emolevyjen piirisarja koostuu kahdesta päämikropiiristä. Nämä ovat pohjois- ja eteläsillat.

Northbridge (muistiohjaimen keskitin) - tarjoaa vuorovaikutuksen prosessorin ja muistin välillä. Se on kytketty keskusyksikköön nopealla väylällä. Se myös siirtää prosessorikomennot RAM-muistiin, muuntaa nämä komennot muotoon, joka on tarpeen tietyn RAM-soluryhmän käyttämiseksi. Se on RAM-ohjain, joka vastaa kaikista toiminnoista, joita prosessori suorittaa RAM-muistin kanssa. DRAM-ohjain koostuu seuraavista elementeistä:

· ohjauslaite;

tallennuslaite

lukulaite

String dekooderi

sarake dekooderi;

Järjestelmäväylän käyttöliittymä- vastaa prosessorin vuorovaikutuksesta muiden pohjoissillalle kytkettyjen laitteiden kanssa, nimittäin: RAM-muistin, näytönohjaimen ja eteläsillan kanssa.

Northbridge voi sisältää joko GPU:n tai AGP-väyläohjain tai molemmat yhdessä. Grafiikkaprosessori suorittaa näytönohjaimen toiminnot, mutta sen ominaisuudet verrattuna näytönohjaimeen ovat paljon alhaisemmat. AGP-väyläohjain on tarkoitettu näytönohjaimen vuorovaikutukseen prosessorin ja RAM-muistin kanssa. Prosessori antaa lähtökomentoja graafista tietoa, järjestelmäväyläohjain lähettää nämä komennot AGP-väyläohjaimelle ja sitten tiedot lähetetään näytönohjaimelle AGP-väylän kautta käyttämällä sen GPU suorittaa graafisten tietojen näyttämisen näytöllä.

Tällä hetkellä AGP-väylä ja AGP-liittimien näytönohjaimet ovat jo vanhentuneita. Ne vaihdettiin uusi käyttöliittymä PCI-E, joka on kehitetty pohjalta PCI-väylä.

Pohjoissillan rooli tietokonejärjestelmässä on erittäin merkittävä. Loppujen lopuksi hän päättää, mikä prosessori, mikä dynaaminen RAM ja mikä grafiikkajärjestelmä asennetaan tietokoneelle. Pohjoissilta on yksi monimutkaisista elektroniset laitteet, joka voi sisältää useita satoja miljoonia alkeistransistoreita. Tämä tarkoittaa, että lämmön hajoaminen voi olla varsin merkittävää, mikä vaikuttaa pohjoisen sillan vakauteen. Siksi siinä on melkein aina sisäänrakennettu jäähdytyselementti jäähdytystä varten, usein jäähdyttimellä.

South Bridge (I/O-keskitinohjain) - tämä on siru, joka yhdistää emolevyn "hitaat" vuorovaikutukset prosessoriin pohjoissillan kautta, joka, toisin kuin eteläsilta, on kytketty suoraan prosessoriin. Se vastaa pohjoissillalle asennettujen nopeampien I/O-laitteiden hallinnasta: prosessori, RAM ja näytönohjain. Siksi toiminto eteläinen silta on tarvittavien tietojen ja ohjaussignaalien siirto siihen liitettyyn laitteeseen prosessorista, RAM-muistista tai näytönohjaimesta.

Versiosta riippuen eteläsilta voi sisältää ääntä, verkkoa, USB-ohjaimet. Nykyaikaiset eteläsillat tukevat PCI-Express-väylää.

PCI-E (PCI-Express) - on tietokoneväylä, joka käyttää ohjelmointimalli PCI-väylät ja sarjatiedonsiirtoon perustuva korkean suorituskyvyn fyysinen protokolla. PCI-E-väylä on käytännössä syrjäyttänyt liitännän ja AGP-väylän. Käytössä nykyaikaiset laudat PCI-E-paikkojen määrä voi olla enintään kolme. Ja tästä seuraa, että voit käyttää kahta tai kolmea näytönohjainta.

Yksi kriittiset laitteet ei vain itse eteläsilta, vaan myös tietokone kokonaisuudessaan keskeytysohjain. Sen päätehtävä on lähettää signaali prosessorille oheislaitteesta, jotta prosessori käsittelee tietoja tästä laitteesta.

Yhtä tärkeää on myös suora muistin käyttöohjain tai DMA-ohjain. Sen käyttö mahdollistaa huomattavan suorituskyvyn saavuttamisen joissakin tapauksissa. Kaikki vuorovaikutukset tietokoneessa tapahtuvat keskusyksikön kautta. Jos tietoja on tarkoitus vaihtaa kahden laitteen välillä, CPU lukee ensin tiedot ensimmäisestä laitteesta ja siirtää sitten tiedot toiseen laitteeseen.

DMA-moodin olemus on, että laitteet, joiden välillä tietoja vaihdetaan, ilmoittavat prosessorille valitusta moodista ja väylän varauksesta, jonka kautta vaihto tapahtuu.

arkkitehtuuri henkilökohtaisen tietokoneen näytönohjain

SMbus-ohjain vastaa bussista, jonka tehtävät ovat toissijaiset toiminnot, kuten esimerkiksi CPU-kotelon lämpötilan valvonta.

Virranhallinta vähentää koko tietokonejärjestelmän virrankulutusta. Tämä säästää resursseja. Jos yksi tietokone on päällä, tämä ei ole niin havaittavissa. Ja jos koko verkko, sitten säästää

sähkö tuntuu. Nykyaikaisissa tietokoneissa on tila

vähentää energiankulutusta, kun kukaan ei työskentele niiden parissa, mutta

pysyvät käytössä.

USB (Universal Serial Bus)

USB (yleinen sarjaväylä) - sarjatietoliitäntä keskinopeille ja hitaille oheislaitteille tietojenkäsittelyssä. Oheislaitteiden liittämiseen USB-väylään käytetään nelijohtimista kaapelia, kun taas differentiaaliliitännän kahta johtoa käytetään tiedon vastaanottamiseen ja lähettämiseen ja oheislaitteen virtalähteenä kahdella johdolla. Sisäänrakennetuilla linjoilla USB virtalähde mahdollistaa oheislaitteiden liittämisen ilman omaa virtalähdettä, mutta laitteen enimmäisvirrankulutus voimalinjojen kautta USB-väylä, ei saa ylittää 500 mA. Yhteen USB-väyläohjaimeen voidaan liittää jopa 127 tähden laitetta.

PS/2- näppäimistön ja hiiren liittämiseen käytettävä liitin. Mutta nyt enemmän ja enemmän tietokoneen hiiret ja näppäimistöissä on USB-liitin, ja joissakin nykyaikaisissa emolevyissä ei ole PS / 2 -liitintä tai niissä on vain yksi liitin.

Äänikortti

äänikortti ( äänikortti, äänikortti) - tietokoneen lisäelementti, joka ei liity sen päätarkoitukseen ja jonka avulla voit käsitellä ääntä. Ilmestyessään se oli erillinen kortti, joka oli asennettu laajennuspaikkaan. Nykyaikaisissa tietokoneissa se on mikropiirin muodossa, joka on integroitu emolevyn piirisarjaan. Saatavana myös ulkoisena laitteena.

Aiheeseen liittyvät julkaisut: