Структура построенияи функциональная организация ПЭВМ
В основе построения современных персональных ЭВМ лежит общая системная магистраль или системная шина, обеспечивающая сопряжение и связывающая между собой все центральные и внешние (периферийные) устройства машины. Состав и назначение основных устройств ПЭВМ рассмотрим по структурной схеме, приведенной на рис 9.1.
Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПЭВМ, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения соответствующих программе машинных арифметических и логических операций.
В состав микропроцессора входят:
- - устройство управления (У У), которое формирует в нужные моменты времени и подает в соответствующие блоки машины необходимые сигналы управления, обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти операндов, участвующих в этой операции, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ. УУ получает от генератора тактовых импульсов опорную последовательность импульсов;
195
Рис. 9.1. Структурная схема персональной ЭВМ
- - арифметико - логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения различных арифметических и логических операций (в некоторых моделях ПЭВМ для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);
196
- - микропроцессорная память (МПП) служит для кратковременного хранения, записи и считывания данных, непосредственно участвующих в вычислениях в ближайших тактах работы машины. МПП реализуется на регистрах, которые обеспечивают высокую скорость записи и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора;
- - интерфейсная система микропроцессора реализует сопряжение и связь микропроцессора с другими устройствами ПЭВМ; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры, а также схемы управления системной шиной и портами ввода - вывода (ПВВ). ППВ являются соответствующие регистры, через которые микропроцессор обменивается данными с другими, главным образом периферийными, устройствами.
Системная шина - это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Все блоки, а точнее их порты ввода - вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему - контроллер шины, формирующий основные сигналы управления.
Основная память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена данными с другими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
ПЗУ служит для хранения неизменяемой информации (постоянных программ, различных констант, справочных данных и др.) и позволяет ее оперативно только считывать (изменить информацию в ПЗУ нельзя).
ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания данных, непосредственно участвующих в вычислительном процессе, реализуемом ПЭВМ в текущий период времени. ОЗУ отличается достаточно высоким быстродействием, а также возможностью прямого адресного доступа к каждой ячейке памяти.
Внешняя память относится к внешним устройствам ПЭВМ и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда - либо потребоваться для решения задач. В ней, в частности, хранится все программное обеспечение компьютера. Наиболее распространенными видами устройств внешней памяти являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках. Применяются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стриммеры), накопители на оптических дисках (CD - ROM - Compact Disk Read Only Memory - компакт - диск с памятью, только читаемой) и др.
Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов, устанавливающих тактовую частоту компьютера.
197
Данная частота во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.
Источник питания - это блок, содержащий системы автономного и сетевого электропитания ПЭВМ.
Таймер - это внутримашинные электронные часы, указывающие текущий момент времени (год, месяц, день, часы, минуты, секунды и доли секунд). При отключении машины от сети таймер продолжает работать, так как подключается к автономному источнику питания - аккумулятору.
Внешние устройства (ВУ) - важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. От состава и характеристик ВУ во многом зависит эффективность практического применения ПЭВМ. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления, другими ЭВМ, вычислительными сетями. По своему назначению можно выделить следующие основные виды ВУ:
- - внешние запоминающие устройства или внешняя память, уже названная ранее;
- - диалоговые средства пользователя;
- - устройства ввода информации;
- - устройства вывода информации;
- - средства связи и телекоммуникуции.
Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы (дисплеи) и устройства речевого ввода - вывода информации.
К устройствам ввода информации относятся клавиатура, графические планшеты (диджитайзеры), сканеры (читающие автоматы), манипуляторы (устройства указания), сенсорные экраны.
Устройства вывода информации представлены различными типами печатающих устройств (принтеров) и графопостроителей (плоттеров).
Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с различными приборами и средствами промышленной автоматики (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро - аналоговые и аналого - цифровые преобразователи и т.п.), а также для подключения ПЭВМ к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, мультиплексоры передачи данных, модемы). Так, например, показанный на рис. 9.1 сетевой адаптер служит для подключения ПЭВМ к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе локальной вычислительной сети. В глобальных сетях функции сетевого адаптера выполняет модем.
Многие из названных выше устройств можно также отнести к условно выделенной группе - средствам мультимедиа. Средства мультимедиа - это комплекс технических и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.
198
К средствам мультимедиа относятся устройства речевого ввода - вывода информации, видео - и звуковые платы, высококачественные акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами. Но, пожалуй, еще с большим основанием к средствам мультимедиа относятся внешние запоминающие устройства на оптических дисках (CD ROM) с записанной на них звуковой и видеоинформацией. На компакт - дисках поставляется большинство программных средств различного назначения; организуются обширные базы данных, целые библиотеки; представлены словари, справочники, энциклопедии; обучающие программы по различным общеобразовательным и специальным предметам. Все это сопровождается текстами и рисунками, речевой информацией и мультипликацией, музыкой и видео. Таким образом, CD ROM открывает доступ к огромным объемам разнообразной и по функциональному назначению, и по среде воспроизведения информации.
Дополнительные схемы. К системной шине и микропроцессору ПЭВМ наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные платы, расширяющие функциональные возможности микропроцессора: математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода - вывода, контроллер прерываний и др.
Математический сопроцессор используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с плавающей точкой, над двоично - кодированными десятичными числами, для вычисления некоторых функций, в том числе тригонометрических. Он имеет свою систему команд, работает параллельно с центральным МП, но под его управлением. Последние модели МП, начиная с 180486, в свою структуру включают сопроцессор.
Контроллер прямого доступа к памяти освобождает МП от прямого управления накопителями на магнитных дисках.При его использовании данные непосредственно передаются между внешней памятью и ОЗУ, минуя микропроцессор.
Сопроцессор ввода - вывода за счет' параллельной работы с центральным МП значительно ускоряет выполнение процедур ввода - вывода при обслуживании нескольких внешних устройств (видеомонитор, принтер, НЖМД, НГМД и др.).
Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в микропроцессор. МП, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы, соответствующей данному типу прерывания. После завершения программы обслуживания прерывания восстанавливается выполнение прерванной программы.
199
195 :: 196 :: 197 :: 198 :: 199 :: Содержание
