От какво се състои системната шина. Най-важната комуникационна система. Съвременни системни шини

Какъв е модулният подход към изграждането на компютър?

Архитектурата на съвременните персонални компютри се основава на модулен принцип. Тя позволява на потребителя да завърши необходимата компютърна конфигурация и, ако е необходимо, да я надстрои. Модулната организация на компютъра се основава на магистралния (bus) принцип на обмен на информация между модулите. Обменът на информация между отделните компютърни устройства се осъществява през три многобитови шини, свързващи всички модули: шина за данни, шина за адреси и шина за управление.

Какъв е основният начин за обмен на информация?

Гръбначният метод осигурява обмен на информация между функционални и структурни модули на различни нива, използвайки магистрали, които комбинират входни и изходни шини.

Разграничаване на едно-, дву-, три- и многолинейни комуникации.

Какво е микропрограмируемост?

Микропрограмируемостта е начин за реализиране на принципа на програмирано управление. Същността му се крие във факта, че принципът на програмното управление се простира до изпълнението на устройството за управление. С други думи, устройството за управление е изградено по абсолютно същия начин като целия компютър, само на микрониво, т.е. Управляващото устройство има своя собствена памет, наречена контролна памет или памет за микроинструкции, свой собствен "процесор", свое собствено управляващо устройство.

Как изглежда архитектурата на компютър със структура с една шина?

Архитектура с единична шина - архитектурата на микропроцесорна система със споделена памет от данни и команди и обща шина за обмен с памет.

Четенето на командни кодове от системната памет се извършва с цикли на четене. Следователно в случай на архитектура с една шина циклите на команди за четене и цикли на прехвърляне (четене и запис) на данни се редуват на системната шина, но протоколите за обмен остават непроменени, независимо от това какво се предава - данни или команди. В архитектура с единична шина същата шина се използва за комуникация с паметта и VU.

Как изглежда архитектурата на компютър с многошинна структура?

Основната характеристика на тази архитектура е, че за всеки метод за обмен на информация с контролния панел се използва отделна група шини: отделни шини за програмиран режим на обмен на информация със или без прекъсвания и за въвеждане-извеждане на информация в режим на директен достъп до паметта, който предава блокове от данни с висока скорост.

Комуникационните протоколи, структурата на шината и скоростта на комуникация за всяка от групите шини могат да бъдат оптимално адаптирани към CP в съответствие с избрания метод.

От какво е направена машина на фон Нойман?

Машината на фон Нойман се състои от памет, входно/изходни устройства и централен процесор (CPU). Централният процесор от своя страна се състои от блок за управление (CU) и аритметично логически блок (ALU)

Обобщен алгоритъм за функциониране на компютъра на фон Нойман.

С помощта на външно устройство в паметта на компютъра се въвежда програма.

Блокът за управление чете съдържанието на клетката на паметта, където се намира първата инструкция (команда) на програмата и организира нейното изпълнение. Командата може да зададе:

Извършване на логически или аритметични операции;

Четене на данни от паметта за извършване на аритметични или логически операции;

Записване на резултати в паметта;

Въвеждане на данни от външно устройство в паметта;

Извеждане на данни от паметта към външно устройство.

Блокът за управление започва да изпълнява командата от място в паметта непосредствено зад току-що изпълнената команда. Този ред обаче може да бъде променен с помощта на команди за прехвърляне на контрол (скок). Тези команди показват на управляващото устройство, че то трябва да продължи изпълнението на програмата, като се започне от командата, съдържаща се в друго място в паметта.

Резултатите от изпълнението на програмата се извеждат на външно компютърно устройство.

Компютърът преминава в режим на готовност за сигнал от външно устройство.

Многошинна структура на компютър. Предимства недостатъци.

Основната особеност на неговата организация е, че за всеки метод за обмен на информация с контролния панел се използва отделна група шини: отделни шини за програмния режим на обмен на информация със или без прекъсвания и за въвеждане-извеждане на информация в режим на директен достъп до паметта, който предава блокове от данни с висока скорост. Комуникационните протоколи, структурата на шината и скоростта на комуникация за всяка от групите шини могат да бъдат оптимално адаптирани към CP в съответствие с избрания метод.

Недостатъците са по-голямата сложност от една структура на автобуса и по-малкото стандартизиране на гумите.

Структура с единична шина на компютър. Предимства недостатъци.

В този случай компютърните блокове се комбинират с помощта на една шинна група, която включва подмножества от шини за данни, адреси и управляващи сигнали. При такава организация на шинната система обменът на информация между процесора, периферните устройства и паметта се извършва по едно правило, няма отделни I / O команди за достъп до CP в командната система. Това дава възможност да се повиши гъвкавостта и ефективността на компютъра, тъй като целият набор от инструкции за достъп до паметта може да се използва за прехвърляне и обработка на съдържанието на CP регистрите. В допълнение, друго важно предимство е простотата на структурата на шината и минимизирането на броя на връзките за обмен на информация между компютърните устройства.

Недостатъците са: наличието на бавни устройства по шината, ограничение на едновременния обмен на данни (не повече от две устройства едновременно).

13. Избройте изискванията към съвременните компютри.

Изискванията към съвременните компютри са както следва:

Съотношение цена към производителност.

Надеждност и устойчивост.

Мащабируемост.

Софтуерна съвместимост и преносимост.

Какво е надеждност?

Надеждността на компютъра е способността на машината да поддържа свойствата си при определени работни условия за определен период от време. Следните показатели могат да служат като количествена оценка на надеждността на компютър, съдържащ елементи, чийто отказ води до повреда на цялата машина:

Вероятност за безотказна работа за определено време при дадени работни условия;

Време за работа на компютъра между повредите;

Средно време за възстановяване на автомобил и др.

15. По какво се различава понятието „надеждност“ от понятието „толерантност на грешки“?

За разлика от надеждността – способността на машината да поддържа свойствата си при дадени работни условия за определен период от време, отказоустойчивостта е свойството на машината да поддържа работоспособността си след повреда на един или повече от нейните компоненти. Толерантността на грешки се определя от броя на всички последователни откази на един компонент, след които системата като цяло остава в експлоатация.

Какво е мащабируемост?

Мащабируемостта характеризира способността на компютъра да увеличава плавно изчислителната мощност, без да влошава производителността на компютъра като цяло. Една система се нарича мащабируема, ако може да увеличи производителността пропорционално на допълнителните ресурси.

Какво е съвместимост?

Хардуерната съвместимост се отнася до способността на едно устройство логически да замени друго устройство от същия тип или способността на едно устройство да взаимодейства както физически, така и логически с други. В последния случай термините „пълна (хардуерна) съвместимост“ и „съвместимост на конектора“ също се използват като синоними на хардуерна съвместимост.

Софтуерната съвместимост на един компютър с друг се разбира като способността на първия да изпълнява програми, които са разработени за втория компютър. Различните модели от едно и също семейство компютри имат по правило „еднопосочна“ съвместимост, тъй като компютрите от по-късни (по-стари) модели обикновено са по-мощни (тоест, те могат да изпълняват допълнителни инструкции, имат повече памет и т.н. .) ... В този случай те казват, че компютър от по-стар модел е съвместим нагоре с компютър от по-млад модел, като се набляга на факта, че първият може да изпълнява програми, подготвени за втория, но не и обратното.

Какво представляват X терминалите?

X терминалът е специален хардуер, който управлява X сървър и служи като тънък клиент. Те са полезни в случаите, когато много потребители използват един голям сървър на приложения едновременно.

Какво е мейнфрейм?

Мейнфрейм (Mainframe) - високопроизводителен компютър със значително количество RAM и външна памет, предназначен да организира централизирано съхранение на данни с голям капацитет и да извършва интензивна изчислителна работа. Мейнфреймите обикновено се използват за целочислени операции, които изискват скорост на обмен на данни, надеждност и способност за едновременно обработване на множество процеси.

SPEC тестове.

Основният изход на SPEC са тестови пакети. Тези комплекти се разработват от SPEC с помощта на кодове от различни източници. SPEC работи за пренасяне на тези кодове към различни платформи и също така създава инструменти за генериране на значими работни натоварвания от кодовете, избрани като тестове. Следователно SPEC тестовете са различни от безплатния софтуер.

Понастоящем има два основни SPEC бенчмарка, които са интензивни изчислително и измерват производителността на процесора, системата памет и ефективността на генериране на код на компилатора. Обикновено тези тестове са насочени към операционната система UNIX, но те също са пренесени на други платформи. Процентът на времето, прекарано в операционната система и функциите за вход/изход, обикновено е незначителен.

Функционална схема на ROM.

Класификация на ROM.

ROM-овете са разделени на:

Маска ROM

Електрически еднократно програмируем ROM

Препрограмируем (EPROM, EPROM)

Uf. RPZU

електронна поща RPZU

54. Физически основи на елемента на паметта на еднократно програмируем ROM (диаграма).

Когато джъмпера е налице, токът протича през транзистора и се отчита високо ниво. Ако Uп е високо, тогава когато транзисторът се отвори, токът изгаря през проводника.

55. Физически основи на препрограмирания ROM запомнящ елемент (схема).

Презаписваемият ROM използва MOSFET с магнитна индукция с плаваща врата.

56. Предназначение и устройство PLM (схема).

PLM е функционален блок, създаден на базата на полупроводникова технология и предназначен да реализира логическите функции на цифровите системи. Използват се в устройства за управление и декриптиране.

57. Вертикално натрупване на памет (схема) и нейното предназначение.

Вертикалният растеж се използва за увеличаване на адресируемото пространство за съхранение.

58. Хоризонтално разширяване на паметта (схема) и нейното предназначение.

Хоризонталният растеж се използва за увеличаване на битовата мощност на RAM.

От какви шини се състои системната шина?

Системната шина включва три многобитови шини:

Шина за данни - Използва се за прехвърляне на данни между процесора и паметта или централния процесор и I/O устройства.

Адресна шина - служи за избор на устройства или клетки на паметта, от които се изпращат или четат данните чрез шината за данни. Еднопосочна шина.

Контролна шина - служи за предаване на управляващи сигнали, които определят естеството на обмена на информация по магистралата, предназначена за памет и устройства за вход/изход.

Служи за обмен на команди и данни между компютърните компоненти, разположени върху постелката. дъска. PU се свързва към шината чрез контролери (отворена архитектура). прехвърляне на информация по сист. шината се извършва в тактови цикли.

Syst. автобус включва:

Кодова шина за данни за // - прехвърляне на всички битове от цифровия код (машинна дума) на операнда от RAM към MPP и обратно (64 бита)

Кодовата шина на адреса на RAM клетката (32-битова)

Кодова шина от инструкции (команди и контролни сигнали, импулси) към всички компютърни блокове (32-битови)

Захранваща шина за свързване на компютърни модули към захранващата система

Syst. шината осигурява 3 посоки на пренос на информация: -между MP и RAM; -между МП и контролера на устройството; -между RAM и външни устройства (VZU и PU, в режим на директен достъп до паметта)

Всички устройства са свързани към системата. шина през контролери - устройства, които осигуряват взаимодействието на VU и системата. гуми.

За да освободи MT от управление на обмена на информация между RAM и VU, е осигурен режимът за директен достъп до паметта (DMA).

Характеристики на системата шини: броя на устройствата, които обслужва, и честотната лента, т.е. Макс. възможна скорост на предаване на информация.

Пропускателната способност на шината зависи от:

Ширина на шината (или ширина) - брой битове, кат. mb предавани по шината по едно и също време (има 8,16,32 и 64-битови шини);

Тактова честота на шината - честота с кат. битове информация се предават по шината.

Основни характеристики на гумите:

PCI (Pipheral Component Interconnect) е най-разпространената системна шина. Скоростта на шината не зависи от броя на свързаните устройства. Поддържа следните режими:

- Щепсел и Играйте (PnP) - автоматично откриване и конфигуриране на свързаното към шината устройство;

- автобус Овладяване- режимът на еднолично управление на шината от всяко устройство, свързано към шината, което ви позволява бързо да прехвърляте данни през шината и да ги освобождавате.

AGP (Accelerated Graphics Port) е магистралата между видеокартата и RAM паметта. Проектиран, защото параметрите на PCI шината не отговарят на изискванията за производителност на видео адаптерите. Шината работи на по-висока честота, което дава възможност да се ускори работата на графичната подсистема на компютъра.

Лекция 5

18. Компютърна памет и нейните характеристики и предназначение. Пзу, озу, взу. Организация и физическо представяне на данни в компютър.

Постоянна и оперативна памет.

Паметта в компютъра се състои от поредица от клетки, всяка от които съдържа стойността на 1-ви байт и има собствен номер (адрес), на който се осъществява достъп до съдържанието му. Всички данни в компютъра се съхраняват в двоична форма (0,1).

Устройството с памет се характеризира с 2 параметъра:

Размер на паметта - размерът в байтове, достъпен за съхранение на информация

Време за достъп до клетките на паметта - средният интервал от време по време на котката. се намира необходимото място в паметта и от него се извличат данни.

Памет с произволен достъп (RAM; RAM - Random Access Memory) е предназначена за оперативно записване, съхранение и четене на информация (програми и данни), пряко участваща в информационния и изчислителния процес, извършван от компютъра в текущия период от време. След изключване на захранването на компютъра информацията в RAM паметта се унищожава. (В компютър, базиран на процесори Intel Pentium, се използва 32-битово адресиране. Тоест броят на адресите е 2 32, тоест възможното адресно пространство е 4,3 GB. Време за достъп 0,005-0,02 μs. 1 s = 106 μs.

Паметта само за четене (ROM) съхранява непроменена (постоянна) информация: програми, изпълнявани по време на стартиране на системата и постоянни параметри на компютъра. В момента, в който компютърът е включен, в неговата RAM няма данни, тъй като RAM не записва данни след изключване на компютъра. Но MP се нуждае от команди, включително веднага след включване. Затова депутатът кандидатства на специален стартов адрес, който винаги знае, за първия си отбор. Този адрес е от ROM. Основната цел на ROM програмите е да проверят състава и работоспособността на системата и да осигурят взаимодействие с клавиатурата, монитора, твърдите и флопи дисковете. Обикновено не можете да промените информацията за ROM. Обем на ROM 128-256 Kbytes, време за достъп 0,035-0,1 μs. Тъй като количеството ROM е малко, но времето за достъп е по-дълго от това на RAM, при стартиране цялото съдържание на ROM се чете в специално разпределена област на RAM.

Енергонезависима памет CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM), която съхранява данни за хардуерната конфигурация на компютъра: устройства, свързани към компютъра и техните параметри, параметри за зареждане, парола за влизане в системата, текущ час и дата. CMOS RAM се захранва от батерия. Ако батерията се изтощи, настройките, съхранени в CMOS RAM, се нулират и компютърът използва настройките по подразбиране.

ROM и CMOS RAM съставляват основната входно-изходна система (BIOS).

Външна памет. VCU за дългосрочно съхранение и транспортиране на информация. VCU взаимодейства със системата. шина през контролери VZU (KVZU). KVZU осигурява интерфейса на VCU и sist. автобуси в режим DMA, т.е. без участието на депутата. ИНТЕРФЕЙС е набор от връзки с унифицирани сигнали и оборудване, предназначени за обмен на данни между устройства на изчислителна система.

OVC може да се раздели по критерий за транспортиране на ПРЕНОСИМИ и СТАЦИОНАРНИ. Преносимите VCU се състоят от носител, свързан към I/O порт (обикновено YUSB), (флаш памет) или носител и устройство (устройства на GMD, CD и DVD устройства). В стационарните VCU носителят и устройството са комбинирани в едно устройство (HDD). Стационарните VCU са проектирани да съхраняват информация в компютъра.

Преди първата употреба или в случай на неизправност, VCU трябва да бъде ФОРМАТИРАНО - запишете сервизна информация на превозвача.

Основни технически характеристики на OVC

Информационният капацитет определя най-големия брой единици. данни, които котката може едновременно да съхранява във VCU (зависи от областта на обема на носителя и плътността на записа.)

Плътността на запис е броят на битовете информация, записани върху единица повърхност на носителя. Разграничаване между надлъжна плътност (бит / мм) и напречна плътност. //

Време за достъп - интервалът от време от момента на заявката (четене или запис) до момента на издаване на блока (включително времето на търсене на информация в носителя и времето на четене или запис.)

Скоростта на пренос на данни определя количеството прочетени или записани данни за единица време и зависи от скоростта на носителя, плътността на запис, броя на каналите и т.н.

автобус (автобус) е целият набор от линии (проводници на дънната платка), чрез които компонентите и компютърните устройства обменят информация. Автобусите са предназначени за обмен на информация между две или повече устройства. Извиква се шина, свързваща само две устройства пристанището... На фиг. 1 показва структурата на автобуса.

Автобусът има места за свързване на външни устройства - слотове, които в резултат стават част от шината и могат да обменят информация с всички други свързани към нея устройства.

Ориз. 1. Автобусна структура

Гуми в компютър се различават по функционалното си предназначение :

• системна шина(или CPU шината) се използва от чиповете Cipset за изпращане на информация към и от (вижте също фиг. 1);
• автомобилна гумапредназначени за обмен на информация между CPU и кеш паметта (вижте също фиг. 1);
• шина на паметтаизползва се за обмен на информация между RAM и CPU;
• I/O автобусиинформацията е разделена на стандартна и локална.

Локална I/O шина Това е високоскоростна шина, предназначена за обмен на информация между високоскоростни периферни устройства (видео адаптери, мрежови карти, скенери и др.) и системната шина под контрола на процесора. В момента PCI шината се използва като локална шина. Intel разработи шината AGP ( УскореноГрафикаПорт).

Стандартна I/O шина използва се за свързване на по-бавни устройства (например мишки, клавиатури, модеми, стари звукови карти) към изброените по-горе шини. Доскоро този автобус беше автобусът ISA. В момента - USB шина.

Шината има собствена архитектура, която й позволява да реализира най-важните си свойства – възможност за паралелно свързване на почти неограничен брой външни устройства и осигуряване на обмен на информация между тях. Всяка архитектура на автобуса има следните компоненти:

• линии за обмен на данни (шина за данни);
• линии за адресиране на данни (адресна шина);
• линии за управление на данни (контролна шина);
• контролер на шина.

Контролер Шината управлява процесора на данни и сервизните сигнали и обикновено се изпълнява като отделна микросхема или под формата на съвместим чипсет - Chipset.

Шина за данни осигурява обмен на данни между процесора, карти за разширение, инсталирани в слотове, и RAM памет. Колкото по-голяма е ширината на шината, толкова повече данни могат да се прехвърлят за такт и толкова по-висока е производителността на компютъра. Компютрите с процесор 80286 имат 16-битова шина за данни, тези с процесори 80386 и 80486 имат 32-битова шина за данни, а компютрите със семейство процесори Pentium имат 64-битова шина за данни.

Адресна шина служи за указване на адреса на компютърно устройство, с което процесорът обменя данни. Всеки компютърен компонент, всеки входно-изходен регистър и RAM клетка имат свой собствен адрес и са включени в общото адресно пространство на компютъра. идентификационен код ( адрес) подателят и (или) получателят на данните.

За ускоряване на обмена на данни се използва междинно устройство за съхранение на данни - RAM – RAM... В този случай решаваща роля играе количеството данни, което може временно да се съхранява в него. Обемът зависи от ширината на адресната шина(брой редове) и по този начин от максималния възможен брой адреси, генерирани от процесора на адресната шина, т.е. върху броя на RAM клетките, на които може да се присвои адрес. Броят на RAM клетките не трябва да надвишава 2 n, където н- битова ширина на адресната шина. В противен случай някои от клетките няма да бъдат използвани, тъй като процесорът няма да може да ги адресира.

В двоичната бройна система максималният адресируем размер на паметта е 2 n, където н- броят на линиите на адреса на автобуса.

Процесорът 8088, например, имаше 20 адресни реда и по този начин можеше да адресира 1 MB памет (2 20 = 1 048 576 байта = 1024 KB). В компютър с процесор 80286 ширината на адресната шина беше увеличена до 24 бита, а процесорите 80486, Pentium, Pentium MMX и Pentium II вече имат 32-битова адресна шина, с която можете да адресирате 4 GB памет.

Контролна шина предава редица служебни сигнали: запис/четене, готовност за получаване/предаване на данни, потвърждение на приемане на данни, хардуерно прекъсване, контрол и други за осигуряване на предаване на данни.

Основни характеристики на гумата

Ширина на автобуса определя се от броя на паралелните проводници, включени в него. Първата ISA шина за IBM PC беше осем-битова, т.е. беше възможно да се предават 8 бита едновременно. Системните шини на съвременните компютри, като Pentium IV, са 64-битови.

Честотна лента гуми се определя от броя на байтовете информация, предавана по шината в секунда.

При изчисляване на честотната лента, например, шината AGP, трябва да вземете предвид нейния режим на работа: поради удвояването на тактовата честота на видеопроцесора и промяната в протокола за пренос на данни беше възможно да се увеличи шината честотна лента с два (2x режим) или четири (4x режим) пъти, което е еквивалентно на увеличаване на тактовата честота на шината със съответния брой пъти (до 133 и 266 MHz, съответно).

Външните устройства се свързват към шините чрез интерфейс (Интерфейс- интерфейс), който е набор от различни характеристики на всяко периферно устройство на компютъра, които определят организацията на обмена на информация между него и централния процесор.

Тези характеристики включват електрически и времеви параметри, набор от управляващи сигнали, комуникационен протокол и конструктивни характеристики на връзката. Обменът на данни между компютърните компоненти е възможен само ако интерфейсите на тези компоненти са съвместими.

Стандарти за PC шина

Принципът на съвместимост с IBM предполага стандартизиране на интерфейсите на отделните компоненти на компютъра, което от своя страна определя гъвкавостта на системата като цяло, т.е. възможността за промяна на системната конфигурация при необходимост и свързване на различни периферни устройства. В случай на несъвместимост на интерфейсите се използват контролери. В допълнение, гъвкавостта и унификацията на системата се постига чрез въвеждането на междинни стандартни интерфейси, като интерфейсите, необходими за работата на най-важните периферни входни и изходни устройства.

Системна шина предназначени за обмен на информация между процесора, паметта и други устройства, включени в системата. Системните шини включват:

• GTL с 64-битов капацитет, тактови честоти 66, 100 и 133 MHz;
• EV6, чиято спецификация позволява да се увеличи неговата тактова честота до 377 MHz.

Гуми са подобрени в съответствие с развитието на периферните устройства за компютър. Таблица 2 показва характеристиките на някои I/O шини.

Автомобилна гумаЕсе смяташе за PC стандарт в продължение на много години, но все още се запазва в някои компютри заедно с модерната PCI шина. Intel си партнира с Microsoft за разработване на стратегия за постепенно премахване на ISA шината. В началото се планира да се изключат ISA конекторите на дънната платка, а по-късно да се изключат ISA слотове и да се свържат флопи устройства, мишки, клавиатури, скенери към USB шината, а твърди дискове, CD-ROM устройства към шината IEEE 1394. Въпреки това, има огромен парк от компютри с ISA шина, които ще бъдат търсени за известно време.

Автомобилна гума EISA беше по-нататъшно развитие на шината ISA в посока подобряване на производителността на системата и съвместимостта на нейните компоненти. Шината не беше широко използвана поради високата си цена и честотна лента, която беше по-ниска от честотната лента на шината VESA, която се появи на пазара.

таблица 2. Спецификации на I/O шина

Автомобилна гума VESA , или VLB , е предназначена за свързване на процесора с бързи периферни устройства и е разширение на ISA шината за обмен на видео данни.

Автомобилна гума PCI е разработен от Intel за процесора Pentium и е напълно нова шина. Основният принцип зад PCI шината е използването на така наречените мостове, които комуникират между PCI шината и други видове шини. PCI шината реализира принципа Bus Mastering, който предполага способността на външно устройство да управлява шината при изпращане на данни (без участието на процесора). По време на трансфера на информация, устройство, което поддържа Bus Mastering, захваща шината и става главен. В този случай централният процесор се освобождава за други задачи, докато се извършва прехвърлянето на данни. В съвременен

При дънните платки тактовата честота на PCI шината е настроена на половината от тактовата честота на системната шина, т.е. при 66 MHz FSB, PCI шината ще работи на 33 MHz. PCI шината вече се превърна в де факто стандарт сред I/O шините.

Автомобилна гума AGP - високоскоростна локална I/O шина, проектирана изключително за нуждите на видеосистемата. Той свързва видеоадаптера (3D ускорител) със системата памет на компютъра. AGP шината е разработена от архитектурата на шината PCI, така че също е 32-битова. Въпреки това, в същото време има допълнителни възможности за увеличаване на пропускателната способност, по-специално чрез използването на по-високи тактови честоти.

Автомобилна гума USB е разработен от лидерите на компютърната и телекомуникационната индустрия Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft за свързване на периферни устройства извън корпуса на компютъра. Скоростта на обмен на информация през USB шината е 12 Mbit / s или 15 Mbyte / s. Към компютри, оборудвани с USB шина, можете да свържете периферни устройства като клавиатура, мишка, джойстик, принтер, без да изключвате захранването. Всички периферни устройства трябва да бъдат оборудвани с USB конектори и свързани към компютъра чрез отделно външно устройство, наречено USB хъб , или хъб , с който можете да свържете до 127 периферни устройства към вашия компютър. Архитектурата на USB шината е показана на фиг. 4.

Автомобилна гума SCSI (МалъкКомпютърСистемаинтерфейс)осигурява скорост на трансфер на данни до 320 MB/s и осигурява връзка към един адаптер до осем устройства: твърди дискове, CD-ROM устройства, скенери, фото и видео камери. Отличителна черта на SCSI шината е, че тя е кабелен контур. С PC шини (ISA или PCI), SCSI шината е свързана чрез хост адаптер (Домакинадаптер). Всяко устройство, свързано към SCSI шината, може да инициира комуникация с други устройства.

Автомобилна гума IEEE 1394 – е високоскоростен стандарт за местна серийна шина, разработен от Apple и Texas Instruments. Шината IEEE 1394 е предназначена за обмен на цифрова информация между

Компютри и други електронни устройства, особено за свързване на твърди дискове и устройства за обработка на аудио и видео, както и за изпълнение на мултимедийни приложения. Той е в състояние да прехвърля данни със скорост до 1600 MB / s, като работи едновременно с няколко устройства, предаващи данни с различни скорости, като SCSI.

Почти всяко устройство, което може да работи със SCSI, може да бъде свързано към компютър чрез интерфейса IEEE 1394. Те включват всички видове дискови устройства, включително твърди дискове, оптични устройства, CD-ROM, DVD, цифрови видеокамери, устройства. Благодарение на толкова широки възможности, този автобус се превърна в най-обещаващия за комбиниране на компютри с битова електроника. IEEE 1394 адаптери за PCI шината вече са пуснати.

Автобус за персонален компютър

Среден процент в точки: 100%
общо гласове: 1
средно: 5

Като помагате на проекта BEST-EXAM, вие правите образованието по-достъпно за всеки човек, вие също ще направите своя собствен принос -
споделете тази статия в социалните мрежи!

След като изучавате тази тема, ще научите:

Каква е структурната схема на компютъра;
- какъв е принципът на програмирано управление;
- какво е предназначението на системната шина;
- какво се разбира под принципа на отворената архитектура, използван при изграждането на компютър.

Структурна схема на компютър

В предишните теми се запознахте с предназначението и характеристиките на основните устройства на вашия компютър. Очевидно всички тези устройства не могат да работят поотделно, а само като част от целия компютър. Следователно, за да се разбере как компютърът обработва информация, е необходимо да се разгледа структурата на компютъра и основните принципи на взаимодействието на неговите устройства.

В съответствие с предназначението на компютъра като средство за обработка на информация, взаимодействието на включените в него устройства трябва да бъде организирано по такъв начин, че да осигури основните етапи на обработка на данни.

За да изясните казаното, разгледайте блоковата схема за обработка на информация от компютър, показана на фигура 21.1, на която в горния ред са посочени основните етапи на този процес, които вече са ви познати от раздел 1. Изпълнението на всеки от тези етапи се определя от наличието на съответни устройства в структурата на компютъра. Очевидно въвеждането и извеждането на информация се извършва с помощта на входни устройства (клавиатура, мишка и др.) и извеждане (монитор, принтер и т.н.). За съхраняване на информация се използва вътрешна и външна памет на различни носители (магнитни или оптични дискове, магнитни ленти и др.).

Ориз. 21.1. Структурна схема на компютър

Тъмните стрелки показват обмена на информация между различни устройства на компютъра. Пунктираните линии със стрелки представляват контролни сигнали от процесора. Светлите празни стрелки представляват съответно входните и изходните потоци.

Компютърът е система от взаимосвързани компоненти. Структурно всички основни компоненти на компютъра са комбинирани в системен блок, който е най-важната част от персоналния компютър.

Системен блок и дънна платка

Следните устройства се намират вътре в системния блок:

♦ микропроцесор;
♦ вътрешна компютърна памет;
♦ флопи устройства – устройства с външна памет;
♦ системна шина;
♦ електронни схеми, които осигуряват комуникация между различни компоненти на компютъра;
♦ електромеханична част на компютъра, включваща системи за захранване, вентилация, индикация и защита.

Компютърно оформление IBM 286

Оформление на модерен компютър

Всички изброени устройства, които съставляват системния блок, са поставени в кутия и има различни видове кутии. Видът на корпуса на системния блок зависи от вида на персоналния компютър и определя размера, местоположението и броя на инсталираните компоненти на системния блок. За стационарни персонални компютри най-често срещаните случаи са хоризонтални или настолни (настолни) или под формата на кула (кула). В преносимите компютри системният блок е комбиниран с монитор и е направен в стандартния размер на книгата, тоест с размера на книга.

Техническата (хардуерна) основа на персоналния компютър е системата или дънната платка.

Дънната платка е основната платка в системния блок на вашия компютър. Той съдържа най-важните микросхеми - процесор и памет. Дънната платка свързва различни устройства в едно цяло, осигурява условия на работа и комуникация на основните компоненти на персоналния компютър. Процесорът осигурява не само преобразуването на информацията, но и контрола на работата на всички други компютърни устройства.

Компютърът се основава на така наречения принцип на програмно управление. В съответствие с него програмните команди и данни се съхраняват в кодирана форма в RAM. Когато компютърът работи, командите, които трябва да бъдат изпълнени, и данните, които те изискват, се четат на свой ред от паметта и се подават на процесора, където се декриптират и след това се изпълняват. Резултатите от изпълнението на различни команди от своя страна могат да бъдат записани в паметта или прехвърлени на различни изходни устройства. Скоростта, с която процесорът извършва операции по обработка на информация, е решаващ фактор за определяне на неговата производителност. Факт е, че всяка информация (числа, текст, снимки, музика и т.н.) се съхранява и обработва на компютър само в цифров вид. Следователно, нейната обработка се свежда до изпълнение на различни аритметични и логически операции от процесора, осигурени от неговата система с инструкции.

Системна шина

За да се осигури обмен на информация между различни устройства на компютъра, той трябва да има някакъв вид магистрала за придвижване на информационните потоци. Нека изясним тази идея с малък пример.

Знаете, че животът на големия град е постоянен поток от хора и превозни средства, движещи се в различни посоки. Често скоростта на движение или поток от хора зависи не от скоростта на автомобил, велосипед или пешеходец, а от капацитета на транспортната мрежа на града, на подземните и наземни магистрали.

Компютърът не премества трафика, а информацията тече по съответната информационна магистрала. Ролята на такава информационна магистрала, свързваща помежду си всички компютърни устройства, се изпълнява от системната шина, разположена вътре в системния блок. Опростено, системната шина може да се разглежда като група от кабели и електрически (проводими) линии на системната платка.

Всички основни модули на персонален компютър са свързани към системната шина (Фигура 21.2). Основната му функция е да осигури взаимодействие между процесора и останалите електронни компоненти на компютъра. Тази шина прехвърля данни, адреси на паметта и контролна информация.

Ориз. 21.2. Целта на системната шина

Скоростта на обработка на информацията от персонален компютър зависи от вида на системната шина, както и от типа процесор. Основните характеристики на системната шина са битовата ширина и производителността на комуникационния канал.

Ширина на автобуса определя броя на битовете информация, предавани едновременно от едно устройство на друго.

Системните шини на първите персонални компютри могат да предават само 8 бита информация, използвайки за това 8 линии за данни под формата на 8 паралелни проводника. По-нататъшното развитие на компютрите доведе до създаването на 16-битова системна шина, а след това нейната битова дълбочина се увеличи до 32 и по-нататък до 64 бита. Увеличаването на ширината на шината за данни доведе до увеличаване на скоростта на обмен на информация, а увеличаването на ширината на адресната шина осигури по-голямо количество RAM.

Производителност на гумите се определя от количеството информация, което може да бъде предадено чрез него за една секунда.

Подобно на магистралите, чиято пропускателна способност зависи от броя на лентите на пътя, производителността на системната шина до голяма степен се определя от нейния капацитет. Колкото по-голяма е ширината на шината, толкова повече битове информация могат да се предават едновременно по нея, например от процесора към паметта. Това води до по-бърз обмен на данни и освобождаване на процесора за други задачи.

Въпреки това, системната шина като основна информационна магистрала не може да осигури достатъчна производителност за външни устройства. За да се реши този проблем, в компютъра започнаха да се използват локални шини, които свързват микропроцесора с различни памети, входни и изходни устройства. Предназначението на местните автобуси е подобно на предназначението на кръгови или околовръстни пътища около голям град, които облекчават натоварването на главните магистрали.

Пристанища

Компютърът комуникира с различни входни и изходни устройства чрез портове. Някои устройства осигуряват външна връзка към портове чрез конектори, които също обикновено се наричат ​​портове. Тези конектори се намират на гърба на системния блок. В системния блок са инсталирани и свързани флопи дискове, твърди дискове и лазерни устройства. Разграничаване на кабелни ( сериен и паралелен, USB, Fire Wire) и безжични ( инфрачервен, bluetooth) портове.

Паралелни портове

Този тип порт се използва за свързване на външни устройства, които трябва да предават голямо количество информация на кратко разстояние. Паралелен порт обикновено прехвърля 8 бита данни едновременно по 8 паралелни проводника. Към паралелния порт са свързани принтер, скенер. Броят на паралелните портове на компютъра не надвишава три и те имат съответно логически имена LPT1, LPT2, LPT3 (от англ. Line Printer - принтерна линия).

Серийни портове

Този тип портове се използват за свързване на мишки, модеми и много други устройства към системния блок. През такъв порт преминава сериен поток от данни от 1 бит. Това може да се сравни с това как трафикът се движи по път с една лента. Серийното предаване на данни се използва на дълги разстояния. Следователно серийните портове често се наричат ​​комуникационни портове. Броят на комуникационните портове не надвишава четири и те са наименувани от COM1 до COM4 (Комуникационен порт).

USB порт

USB (Universal Serial Bus) портът в момента е най-разпространеното средство за свързване на периферни устройства със средна и ниска скорост към компютър. USB портът използва метод за серийна комуникация. Най-разпространеният е високоскоростният USB 2.0 порт. Ако компютърът ви няма достатъчно USB портове, тогава този недостатък може да бъде премахнат чрез закупуване на USB хъб, който има няколко такива порта.

Благодарение на вградените захранващи линии, USB често позволява устройствата да се използват без собствено захранване.

FireWire порт

FireWire (IEEE 1394) - огнен проводник (произнася се "fire wire") е сериен порт, който поддържа скорости на трансфер на данни от 400 Mbps. Този порт се използва за свързване на видео устройства към компютъра, като например видеорекордер, както и други устройства, които изискват бързо прехвърляне на големи количества информация, като външни твърди дискове.

Портовете FireWire са plug and play и могат да се включват горещо.

FireWire портовете са два вида. Повечето настолни компютри използват 6-пинови портове, докато лаптопите използват 4-пинови портове.

Инфрачервен безжичен порт

Предаването на данни се осъществява по оптичен канал в инфрачервения обхват. По подобен начин работят и дистанционните за домакински уреди - телевизори, видеорекордери и др. Обхватът на инфрачервения порт е няколко метра, като е необходимо да се осигури директна видимост между приемника и предавателя.

Инфрачервеният порт обикновено се използва за свързване към мобилен телефон, който има същия порт. Това дава възможност за реализиране на достъп до Интернет чрез мобилен телефон, което е най-важно за преносимите лаптопи в нестационарни условия.

Bluetooth модул за безжична връзка

Един Bluetooth адаптер позволява безжична връзка на около 100 устройства, разположени на разстояние до 10 м. В същото време различни видове безжични устройства могат да бъдат свързани към компютър, оборудван с такъв адаптер: мобилни телефони, принтери, мишки, клавиатури , и др честотен диапазон 2,2-2,4 GHz. Основното предимство е стабилната връзка, независимо от относителното положение на приемника и предавателя. Ако компютърът ви няма вграден Bluetooth модул, тогава той може да бъде закупен отделно и свързан чрез USB порт.

Други компоненти на системната платка

Системната платка, в допълнение към гореспоменатите критични компоненти на компютъра, съдържа допълнителни микросхеми, превключватели и джъмпери. Всички тези устройства са необходими, за да се осигури взаимодействието на различни компютърни устройства, да се зададат техните режими на работа. Например, на дънната платка могат да бъдат инсталирани микросхеми, които изискват различни захранващи напрежения. Работните параметри на устройствата се задават от превключватели на дънната платка.

Във всеки системен блок има задължителни компоненти, които осигуряват работата на компютъра - захранване, системен часовник, батерия, сигнални индикатори отпред на системния блок.

Системният часовник определя скоростта, с която компютърът извършва операции, която е свързана с тактовата честота, измерена в мегахерци (1 MHz е равен на 1 милион цикъла в секунда).

Системният часовник определя ритъма на целия компютър, синхронизира работата на повечето компоненти на дънната му платка.

Разширителните карти и слотове осигуряват прилагането на така наречения принцип на отворена архитектура за изграждане на модерен персонален компютър. Слотът е конекторът, където е поставена платката. Наличието на слотове за разширение на дънната платка ви позволява да разглеждате персоналния компютър като устройство, което може да бъде модифицирано. Разширяването на възможностите на компютъра се извършва чрез инсталиране на разширителна карта в слота. Някои устройства, разположени извън системния блок, са свързани към конектора на тази платка с помощта на кабел.

Вместо термина "разширителна платка" често се използват имената "карта", "адаптер". Най-често срещаните карти за разширение са видеокарти, звукови карти и вътрешни модеми.

Разбиране на отворената архитектура на компютъра

Технологията за производство на компютри се развива бързо, което гарантира непрекъснато повишаване на тяхната производителност, капацитет на паметта и в резултат на това способността за решаване на все по-сложни проблеми. Някои устройства бързо се подобряват, други се създават, принципно нови. При такова бързо развитие на технологиите е необходимо да се предвиди такъв принцип на изграждане на компютър, който да позволява използването на устройствата (блоковете), които вече са в него, както и замяната им с нови, по-модерни, без промяна на дизайна. Както градовете се строят според законите на архитектурата, така и компютърното устройство трябва да се развива по определени закони. Основният принцип за изграждане на модерен персонален компютър е принципът на отворената архитектура: всеки нов блок трябва да бъде софтуерно и хардуерно съвместим с предварително създадените. Това означава, че съвременният персонален компютър може да бъде просто представен като детски конструктор от тухли, който е познат на всички. В компютъра е също толкова лесно да смените старите кубчета (блокове) с нови, където и да се намират, в резултат на което работата на компютъра не само не се нарушава, но става по-продуктивна. Това е принципът на отворената архитектура, който позволява да не се изхвърля, а да се модернизира предварително закупен компютър, лесно да се заменят остарелите блокове с по-модерни и удобни, както и да се закупуват и инсталират нови блокове и възли. Освен това местата за тяхното инсталиране (конектори) във всички компютри са стандартни и не изискват промени в дизайна на самия компютър.

Принципът на отворената архитектура е правилата за изграждане на компютър, според които всеки нов възел (блок) трябва да е съвместим със стария и да се инсталира лесно на същото място в компютъра. 

Контролни въпроси

1. Кои са основните блокове, които формират структурата на компютъра и как са свързани с етапите на обработка на информацията?

2. Каква е ролята на процесора на персонален компютър в обработката на информация?

3. Какъв е принципът на програмираното управление?

4. Какво е предназначението и основните компоненти на системния блок?

5. Какви видове корпуси на системния блок познавате?

6. За какво е дънната платка?

7. Каква е целта на системната шина в персоналния компютър?

8. Каква е аналогията между системната шина и транспортните магистрали?

9. Какви характеристики на системната шина знаете?

10. Какво е компютърен порт? Какви видове портове има и каква е разликата между тях?

11. Защо имаме нужда от карти за разширение?

12. Защо трябва да имам слотове за разширение?

13. Какъв е принципът на отворената архитектура?

14. Какво знаете от художествената литература, научнопопулярните публикации, телевизионните програми и филмите за възможностите и употребата на компютрите на бъдещето?

Комплекс, състоящ се от сноп проводници и електронни схеми, които осигуряват правилното предаване на информация вътре в компютъра, се нарича гръбнак, системна шина или просто автобус.Гумата се характеризира с капацитет и честота.

Извиква се максималното количество едновременно предавана информация ширина на шината... Ширината на шината се определя от капацитета на процесора и в момента е 64 бита. Колкото по-голяма е ширината на шината, толкова повече информация може да предаде за единица време.

Процесорът търси устройство или клетка с памет. Всяко устройство или клетка има свой собствен адрес. Адресът се предава по адресната шина, която сигналите се предават в една посока от процесора към основната памет и устройствата. Ширината на адресната шина определя адресното пространство на процесора, т.е. брой клетки на паметта. Броят на адресируемите клетки на паметта се изчислява по формулата: н = 2и, където и- битова ширина на адресната шина. Ако ширината на адресната шина е 32 бита, тогава максималният възможен брой адресируеми клетки на паметта е 232 = 4,294,967,296 клетки.

Информацията по шината се предава под формата на импулси на електрически ток. Автобусът не работи непрекъснато, а на цикли. Извиква се броят на циклите на шината за единица време честота на шината.

Шината свързва помежду си не само процесора и RAM паметта, а всъщност всички компютърни устройства - дискове, клавиатура, дисплей и т.н. - по един или друг начин те приемат и предават данни през шината. За това шината осигурява стандартни конектори, към които е свързано едно или друго компютърно устройство. Ако има само една шина, тогава I / O честотната лента е ограничена. Скоростта на шината е ограничена от физически фактори - дължината на шината и броя на свързаните устройства. Следователно съвременните големи системи използват набор от взаимосвързани автобуси. Традиционно шините са разделени на шини, които осигуряват организацията на комуникацията между процесора и паметта и I/O шини.

Входно-изходните шини могат да бъдат дълги, поддържат свързването на много видове устройства и обикновено следват един от стандартите за шини. Шините процесор-памет са относително къси, високоскоростни и съответстват на организацията на системата памет, за да се увеличи максимално честотната лента на канала памет-процесор.

Някои компютри имат единична шина за памет и I/O устройства. Този автобус се нарича системен. МестниШината е шина, която електрически отива директно към контактите на микропроцесора. Обикновено интегрира процесора, паметта, буферните вериги за системната шина и нейния контролер, както и някои спомагателни вериги.

Първоначално се използва шината ISA (8- и 16-битова, честота - 8 MHz), която е създадена в началото на 80-те години и е с ниска честотна лента. Сега ISA шината понякога се използва за свързване на нискоскоростни устройства (клавиатури, мишки и др.).

В момента най-често използваните:

ü PCI шина (шина за свързване на периферни компоненти);

ü графична шина AGP (Accelerated Craphic Port - ускорен графичен порт);

ü HyperTransport е високоскоростна шина за свързване на вътрешните устройства на компютърна система. Тактовата честота достига 800 MHz. Пропускателната способност е до 6,4 GB / s;

ü USB е предназначен за свързване на до 256 външни устройства (като мишка, принтер, скенер, камера, FM тунер и др.) към един USB канал (използвайки принципа на общата шина). Пропускателна способност до 480 Mbps (във USB 2.0 версия).

В съвременните компютри честотата на процесора може да надвишава честотата на системната шина (честотата на процесора е 1 GHz, а честотата на шината е 100 MHz).