Архитектура персонального компьютера: понятие и принципы работы

Что такое принцип открытой архитектуры компьютеров ibm pc

В конце 70-х годов 20 века получили распространение персональные компьютеры, что послужило причиной снижения спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Мировым лидером в выпуске ЭВМ была фирма IBM (International Business Machines Corporation).

Падение спроса на ЭВМ подтолкнуло руководство IBM пойти на эксперимент – разработку и создание персонального компьютера.

Однако отношение руководства фирмы к новому проекту было несерьезным – что-то типа одного из мероприятий по созданию нового оборудования, которые в огромном количестве проводились на фирме. Чтобы не вкладывать в проект с «туманной» перспективой много средств, руководство фирмы предоставило подразделению по реализации данного проекта непривычную для фирмы свободу.

Свобода, например, состояла в том, чтобы не заниматься разработкой персонального компьютера (ПК) «с нуля», а воспользоваться готовыми блоками других (!) фирм. Сотрудники подразделения стали выбирать лучшие предложения, имеющиеся на тот момент.

Поэтому в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новенький тогда микропроцессор Intel-8088 (известнейшей на сегодняшний день фирмы Intel). На тот момент это был лучший микропроцессор. Он позволял работать с 1 мегабайтом памяти, тогда как другие компьютеры работали только с 64 килобайтами памяти.

Другие комплектующие тоже были выбраны в различных фирмах по принципу «все самое лучшее». Что касается программного обеспечения (проще говоря, софта), то его было предложено создать небольшой фирме Microsoft.

В августе 1981 года компьютер, собранный из комплектующих различных фирм, был выпущен под названием IBM PC и вскоре после этого он приобрел большую популярность. А через год-два компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке и стал стандартом персонального компьютера.

Кстати, выражение «совместимый с IBM PC» означает, что компьютер выпущен другой фирмой (не IBM), но по стандарту IBM PC.

Этот исторический экскурс является необходимым элементом компьютерной грамотности по истории возникновения персонального компьютера и, в частности, о причине его грандиозного успеха, т.е. о принципе открытой архитектуры. Действительно, если бы компьютер IBM PC был сделан так же, как аналогичные компьютеры того времени, его благополучно все давно уже забыли бы. Ведь давно уже забыты телевизоры, приемники, автомобили того времени.

В IBM PC изначально была заложена возможность апгрейда (замена отдельных частей на более совершенные) и использование новых устройств. Сборка компьютера из независимо изготовленных частей происходит аналогично детскому конструктору. Кстати, методы сопряжения различных устройств с компьютером IBM PC были также доступны всем желающим и не являлись секретными сведениями.

Вот этот принцип детского конструктора, собственно говоря, и является принципом открытой архитектуры. Благодаря ему компьютер IBM PC приобрел бешеный успех, но лишил фирму монополии на этот компьютер.

Давайте посмотрим на этот «конструктор» с точки зрения компьютерной грамотности. На системной (или материнской) плате размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, которые управляют остальными устройствами компьютера — монитором, принтером и т.д., реализованы на отдельных платах (контроллерах). Контроллеры вставляются в стандартные разъемы на системной плате – слоты. К электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания. Все это вместе заключено в единый корпус — системный блок.

Открытость этого конструктора заключается в том, что все спецификации взаимодействия внешних устройств с контроллерами, а также контроллеров с системной платой и т.д., доступны всем желающим. Поэтому независимые производители могут разрабатывать различные дополнительные устройства, что резко увеличивает популярность компьютера.

Но в наилучшем положении из-за применения принципа детского конструктора оказались пользователи ПК. Выгода пользователей от заложенного в ПК принципа открытой архитектуры состоит в следующем:

Истоки

Одной из первых появилась в середине прошлого века классическая архитектура персонального компьютера, авторство которой принадлежит Д. Нейману. В статье, изданной Д. Нейманом, Г. Голдштейном и А. Бёрксом были изложены основы конструкции и работы ЭВМ, благодаря этим знаниям и появились новые устройства, которые к нашему времени стали повсеместно доступны и распространены. Конечно, каждый новый выпуск устройств отличался от предыдущего: его характеристики улучшались, модифицировались, добавлялись новые функции, но основа, которой являются сформулированные принципы, оставалась неизменной.

Данные принципы заключаются в следующем:

1. Машинам гораздо проще использовать двоичный код счисления и руководствоваться им при выполнении различных операций.
2. Для корректной и системной работы компьютера, ему необходима операционная система. Она служит некой главной программой, которая запускает и контролирует внутренние процессы устройства. Без открытия этого факта, было бы невозможным развитие программирования, так как операционная система в современных компьютерах является базисом его работы.
3. У персонального компьютера есть память, которая позволяет хранить какой-то объём данных, включая различные программы. При этом все данные и произведённые с ними операции кодируются в двоичном коде.
4. Благодаря тому, что каждая ячейка памяти имеет свой адрес, компьютер в любой момент времени может обратиться к какой-то из них. Данное открытие позволило программированию перейти к использованию переменных.
5. Любая часть кода доступна практически в любой момент. Это доказывается тем, что при использовании какой-либо программы, пользователь имеет возможность перейти к использованию другой. Причём эти процессы происходят параллельно друг другу.

Главная особенность заключается в том, что аппаратура остаётся статичной, в то время как набор программ может меняться.

Структура персонального компьютера, предложенная Д. Нейманом, изображена на данной схеме (рис. 1).

Рисунок 1. Структура персонального компьютера

Таким образом, в состав компьютера входили такие части как внешнее и оперативное запоминающее устройство, устройство ввода, устройство вывода, устройство управления (координация) и устройство выполнения арифметико-логических операций.

Классический вариант архитектуры компьютера

Первоначальный состав архитектуры компьютера был предложен ученым Нейманом, который был известным математиком. Он изложил основные принципы конструирования персональных компьютеров, учитывая их логическую структуру. Эта методология, которую предложил Нейман, взята за основу классической архитектуры персонального компьютера. В его состав должны входить следующие основные элементы:

• логико-арифметический блок;
• управленческий блок;
• блок устройства внешней памяти;
• блок оперативной памяти;
• блок ввода-вывода данных.

В соответствии с этой структурой, должен быть соблюден определенный порядок работы элементов компьютера. Изначально производится загрузка информации в память компьютера из программы, что выполняется. Для ввода данных используются внешние устройства компьютера. После этого блок управления переносит эти данные из блока памяти в блок обработки информации. Обработка происходит с помощью различных элементов компьютера.

Компьютер. Магистрально-модульный принцип построения

Компьютер. Магистрально-модульный принцип построения — страница №1/1

Компьютер. Магистрально-модульный принцип построения.

Компьютер (ЭВМ) — электронно-вычислительная машина — это программируемое электронное устройство, предназначенное для обработки и хранения (накопления) информации. По размеру, быстродействию, объему памяти современные ЭВМ принято делить на следующие классы:

• СуперЭВМ (CRAY и Эльбрус);
• Большие ЭВМ;
• МиниЭВМ (персональные компьютеры);
• МикроЭВМ.

Архитектура ЭВМ — комплекс аппаратных и программных средств, с помощью которых обеспечивается выполнение задач пользователя и программирование задач. Архитектура разделяется на внешнюю и внутреннюю (то, из чего состоит ЭВМ).

В основу положен модульно-магистральный принцип. Модульный принцип позволяет комплектовать нужную конфигурацию, модернизировать ее. Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией. Обмен информацией между устройствами производится по трем многоразрядным шинам (многопроводные линии связи).

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора (т.е. количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт). Шина данных двунаправленная от процессора к устройству и наоборот. Код адреса формируется процессором и передается по шине адреса. Шина однонаправленная (от процессора к устройству). Разрядность определяет объем адресуемой памяти и может не совпадать с разрядностью шины данных. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (ввод/вывод) и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств.

Системная ШИНА — это аппаратная реализация стандартов взаимодействия различных узлов. Ее разрядность во многом определяет производительность компьютера, поскольку она связывает между собой процессор, ОЗУ, слоты (т.е. специальные разъемы) расширения. Существуют различные стандарты системной шины, которые сложились по мере развития техники: MCA, ISA, VESA, EISA, PCI и SCSI. В компьютерах типа Pentium используется, как правило, шина PCI.

Подключение отдельных модулей ЭВМ к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, адаптеров, а на программном обеспечивается драйверами. Их совокупность называется интерфейсом.

Принцип открытой архитектуры — это возможность постоянного усовершенствования компьютера IBM PC в целом и его отдельных частей с использованием новых устройств, которые полностью совместимы друг с другом независимо от фирмы-изготовителя. Это дает наибольшую выгоду пользователям, которые могут расширять возможности своих машин, покупая новые устройства и вставляя их в свободные разъемы (слоты) на системной (материнской) плате. Материнская плата — самая большая в ПК плата, на которой размещены микропроцессор, ОЗУ, ПЗУ (BIOS), видеокарта, звуковая карта и другие устройства. Указанные устройства подключаются к материнской плате через специальные разъемы — слоты расширения.

Принципы построения компьютеров

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

1. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
2. Принцип адресуемости. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.

Материалы с диска «Экспересс-подготовка к экзамену. 9-11 класс. Информатика».

Архитектура IBM

Такой тип как открытая архитектура позволяет свободно подключать любую периферию к компьютеру. Достигнуто это благодаря использовании информационной шины (ее объем можно узнать из характеристик материнской платы). Она позволила производителям периферийного оборудования разработать контроллеры для любых стандартов.

Управление системой осуществляется непосредственно процессором. Под его же управлением находятся информационная шина. Современный принцип открытой архитектуры ПК подразумевает наличие функциональных и центральных контроллеров.

Функциональные контроллеры обеспечивают подключение модема, мыши, клавиатуры и принтера.

Архитектура IBM предоставляет собой набор инструкции по созданию приложений в облаке. Эталоном считается базовый шаблон в то время как реализация – это определенные технологии, методы и выбор инструмента для создания и развертывания этого шаблона.

закрытая архитектура

закрытая архитектура
Архитектура, спецификации которой не опубликованы либо в них не предусмотрено подключение в устройствах дополнительных плат.
Закрытая архитектура не дает возможности другим производителям выпускать для компьютеров дополнительные внешние устройства.
[Гипертекстовый энциклопедический словарь по информатике Э. Якубайтиса]
[http://www.morepc.ru/dict/]

Тематики

• информационные технологии в целом

• closed architecture

Русско-английский словарь нормативно-технической терминологии . academic.ru . 2015 .

Смотреть что такое «закрытая архитектура» в других словарях:

закрытая архитектура — Архитектура, спецификации которой не опубликованы либо в них не предусмотрено подключение в устройствах дополнительных плат. Закрытая архитектура не дает возможности другим производителям выпускать для компьютеров дополнительные внешние… … Справочник технического переводчика

Закрытая пористость газотермического покрытия — – совокупность пор, не сообщающихся с внешней поверхностью газотермического покрытия. [ГОСТ 28076 89] Рубрика термина: Напыления Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Закрытая прорость — – прорость, выходящая на торец и не имеющая выхода на его боковую поверхность. [ГОСТ 2140 81] Рубрика термина: Дефекты, деревообработка Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Терраса (архитектура) — У этого термина существуют и другие значения, см. Терраса. В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удал … Википедия

Подстанция закрытая — – электрическая подстанция, оборудование которой расположено в здании. [ГОСТ 24291 90] Рубрика термина: Энергетическое оборудование Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Пористость закрытая — – обусловлена наличием в структуре замкнутых пор, недоступная для воды в обычных условиях насыщения. [Ушеров Маршак А. В. Бетоноведение: лексикон. М.: РИФ Стройматериалы. 2009. – 112 с.] Рубрика термина: Общие термины, бетон Рубрики… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Трещина закрытая — Трещина закрытая – трещина, покрытая глазурью. [ГОСТ 13996 93] Рубрика термина: Дефекты керамики Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Шатровая церковь — Шатровые храмы особый архитектурный тип, появившийся и ставший распространенным в русском храмовом зодчестве. Вместо купола здание шатрового храма завершается шатром. Шатровые храмы бывают деревянными и каменными. Каменные шатровые храмы… … Википедия

Шатровый храм — Шатровые храмы особый архитектурный тип, появившийся и ставший распространенным в русском храмовом зодчестве. Вместо купола здание шатрового храма завершается шатром. Шатровые храмы бывают деревянными и каменными. Каменные шатровые храмы… … Википедия

Шатровые храмы — Шатровые храмы особый архитектурный тип, появившийся и ставший распространённым в русском храмовом зодчестве. Вместо купола здание шатрового храма завершается шатром. Шатровые храмы бывают деревянными и каменными. Каменные шатровые храмы… … Википедия

Аннотация к презентации

Смотреть презентацию онлайн с анимацией на тему «Магистрально-модульный принцип построения компьютера» по информатике. Презентация состоит из 13 слайдов. Для учеников 11 класса. Материал добавлен в 2021 году.. Возможность скчачать презентацию powerpoint бесплатно и без регистрации. Размер файла 0.41 Мб.

Что называется компьютером?

Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами. Персональный компьютер

Слайд 2

Компоненты компьютера

Аппаратное обеспечение Программное обеспечение Команда — это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Совокупность команд, выполняемых компьютером, называется системой команд компьютера.

Слайд 3

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Слайд 4

Структура компьютера

Джон фон Нейман

Слайд 5

Принципы построения компьютера

1. Принцип программного управления (все операции в компьютере выполняются по программе) Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере, называется данными. Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой.

Слайд 6

2. Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти) Компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда.

Слайд 7

3. Принцип адресности памяти (каждая ячейка памяти имеет свой адрес, по которому к ней обращается процессор)

Слайд 8

4. Магистрально-модульный принцип (каждое устройство – отдельный модуль, связанный с другими через магистраль)

Слайд 9

Структура магистрали

Шина данных (передача данных) Шина адреса (выбор устройства или ячейки памяти, куда передаются или откуда считываются данные) Шина управления (сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали)

Слайд 10

Модульный принцип построения компьютера

Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера

Слайд 11

Достоинства магистрально-модульного принципа

для работы с внешними устройствами используются те же команды процессора, что и дл работы с памятью подключение к магистрали дополнительных устройств не требует изменений в уже существующих , процессоре, памяти меняя состав модулей можно изменять мощность и назначение компьютера в процессе его эксплуатации

Слайд 12

Принципы построения компьютера

Этот принцип позволяет не выбрасывать, а модернизировать ранее купленный компьютер, легко заменяя в нем устаревшие блоки на более совершенные и удобные, а так же приобретать и устанавливать новые блоки. 5. Принцип открытой архитектуры (каждый новый блок должен быть совместим со старым и легко устанавливаться в том же месте в компьютере.

Слайд 13

Магистрально – модульный принцип построения ЭВМ

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т. е. средства вычислительной системы. Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе.

Модульный принцип позволяет потребителю самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости его модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Магистраль или системная шина — это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.

Обмен информацией между отдельными устройствами ЭВМ производится по трем многоразрядным шинам, соединяющим все модули, — шине данных, шине адресов и шине управления.

Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает — это функция контроллера. Поэтому внешние устройства ЭВМ заменяемы, и набор таких модулей произволен.

Разрядность шины данных задается разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ — код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы передаются в одном направлении, от процессора к устройствам, т. е. эта шина является однонаправленной.

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо переферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. В случае несовместимости интерфейсов (например, интерфейс системной шины и интерфейс винчестера) используют контроллеры.

Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным процессором, в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний (Interrupts). Система прерываний позволяет компьютеру приостановить текущее действие и переключиться на другие в ответ на поступивший запрос, например, на нажатие клавиши на клавиатуре. Ведь с одной стороны, желательно, чтобы компьютер был занят возложенной на него работой, а с другой — необходима его мгновенная реакция на любой требующий внимания запрос. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.

Прогресс компьютерных технологий идет семимильными шагами. Каждый год появляются новые процессоры, платы, накопители и прочие периферийные устройства. Рост потенциальных возможностей ПК и появление новых более производительных компонентов неизбежно вызывает желание модернизировать свой компьютер. Однако нельзя в полной мере оценить новые достижения компьютерной технологии без сравнения их с существующими стандартами.

Разработка нового в области ПК всегда базируется на старых стандартах и принципах. Поэтому знание их является основополагающим фактором для (или против) выбора новой системы.