Принцип открытой архитектуры компьютера и современные тенденции развития

Принципы открытой архитектуры: как персональные компьютеры стали массовым явлением

Расцветом эпохи компьютеростроения считается переход от производства больших электронно-вычислительных машин к развитию сегмента микрокомпьютеров, или, как принято их сейчас называть, ПК. Ассортиментом современных «персоналок» пользователи во многом обязаны компании IBM и принципам открытой архитектуры, которыми руководствовались ее разработчики при создании культового IBM PC. Домашние компьютеры, какими их привыкли видеть теперь, унаследовали эту концепцию и обрели мировую популярность, перестав быть достоянием энтузиастов в сфере электроники и программирования. Так в чем заключается принцип открытой архитектуры?

Период 60-70-х годов в мире вычислительной техники ознаменовался возникновением электронно-вычислительных машин третьей волны. Тогда индустрия впервые перешла от создания единичных моделей ЭВМ к наладке серийного производства. Безусловным лидером на рынке считалась корпорация International Business Machines. Представленная ею в 1964 году серия мейнфреймов System/360 стала поистине революционным решением. В нее вошли 6 универсальных компьютеров, отличающихся по стоимости и мощности. Главное отличие от ряда конкурирующих экземпляров – взаимная совместимость. Программы или устройства ввода-вывода одного компьютера запускались и на других продуктах серии.

Логотип System/360

Раньше подход к созданию продукции отличался: каждая модель разрабатывалась с нуля – со своим процессором, написанными под него программами и конкретным пакетом периферийных устройств. Это затрудняло обмен данными между машинами разных моделей и влекло затраты, связанные с несовместимостью. Концепция, предложенная IBM, призывала утвердить некий стандарт и сократить расходы на обслуживание малосовместимых ЭВМ. Позднее такая унификация привела к созданию комплементарных модулей, выпускаемых другими фирмами.

До этого пользователи ограничивались стандартными конфигурациями вычислительной техники. Впоследствии же ее модифицировали согласно личным нуждам для решения большего количества задач, нежели заложено заводскими предустановками. Модульность и техническая совместимость стали основой принципа открытой архитектуры компьютера.

Основные узлы компьютера

Основные узлы

Комплекс нескольких логических схем и элементов памяти, создающих выходные сигналы, является узлом ПК. Абсолютно все компьютерные программы или игры имеют требования к основным характеристикам для корректной работы. Все узлы компьютера должны быть максимально совместимы друг с другом. В противном случае работать в программах будет некомфортно.

К перечню подобных узлов системного блока обычно относят:

  1. Процессор – основополагающий элемент всего функционала компьютера;
  2. Системная плата, ее еще называют «материнской»;
  3. Блок питания – необходим для энергоснабжения ПК;
  4. Жесткий диск – хранилище информации на ПК или ноутбуке;
  5. Оптический привод – устройство для чтения с внешних носителей, который редко встречается на новейших системах;
  6. Разъемы для подключаемых устройств.

Принцип открытой архитектуры компьютера

Вы будете перенаправлены на Автор24

Принцип открытой архитектуры компьютера — это архитектурное построение, которое позволяет выполнять сборку, модернизацию и ремонтные работы компьютера по его отдельным модульным элементам.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Особенности ПО для компьютеров архитектуры IBM

Важный критерий отнесения ПК к платформе IBM — его совместимость с разными операционными системами. И в этом также прослеживается открытость рассматриваемого типа архитектуры. Компьютеры, относящиеся к IBM-платформе, могут управляться ОС Windows, Linux в большом количестве модификаций, а также иными операционными системами, которые совместимы с аппаратными компонентами ПК рассматриваемой архитектуры. Не считая ПО от крупных брендов, на IBM-платформу можно устанавливать различные авторские программные продукты, выпуск и инсталляция которых обычно не требуют согласования с фирмами-производителями аппаратных элементов.

В числе программных компонентов, которые есть практически в любом компьютере на платформе IBM, базовая система ввода и вывода, называемая также BIOS. Она призвана обеспечивать выполнение основных аппаратных функций ПК вне зависимости от того, какого типа операционная система на нем установлена. И это еще один, по сути, признак открытости архитектуры, о которой идет речь: производители BIOS толерантны к производителям ОС и любого другого ПО. Собственно, тот факт, что BIOS может выпускаться разными брендами — это также критерий открытости. Функционально системы BIOS от разных разработчиков близки.

Если на компьютере не установлена BIOS, то его работа практически невозможна. Не имеет значения, инсталлирована ли на ПК операционная система — необходимо обеспечение взаимодействия между аппаратными компонентами компьютера, и его возможно реализовать только с помощью BIOS. Переустановка BIOS на компьютере требует специальных программно-аппаратных инструментов, в отличие от инсталляции ОС или иного вида ПО, работающего в ней. Данная особенность BIOS предопределяется тем, что ее необходимо защищать от компьютерных вирусов.

С помощью BIOS пользователь может управлять аппаратными компонентами ПК, выставляя те или иные настройки. И это также один из аспектов открытости платформы. В некоторых случаях работа с соответствующими настройкам позволяет обеспечить заметное ускорение работы ПК, более стабильное функционирование отдельных его аппаратных компонентов.

Система BIOS во многих ПК дополнена оболочкой UEFI, как считают многие IT-специалисты, это достаточно полезное и функциональное программное решение. Но базовое назначение UEFI принципиально не отличается от того, что характерно для BIOS. Собственно, это такая же система, но интерфейс в ней несколько ближе к тому, что характерен для операционной системы ПК.

Важнейший вид ПО для компьютеров — драйвер. Он необходим для того, чтобы аппаратный компонент, инсталлируемый в компьютер, корректно функционировал. Драйверы обычно выпускаются производителями компьютерных устройств. При этом соответствующий вид ПО, совместимый с одной операционной системой, например Windows, обычно не подходит для других ОС. Поэтому пользователю часто приходится подбирать драйверы, совместимые с конкретными типами программного обеспечения компьютера. В этом смысле IBM-платформа недостаточно стандартизована. Может получиться так, что устройство, прекрасно работающее под ОС Windows, будет невозможно запустить под Linux из-за того, что пользователь не сможет найти нужный драйвер, или же по причине того, что производитель аппаратного компонента попросту не успел выпустить нужный вид программного обеспечения.

Важно, чтобы решение, которое предполагается включить в структуру компьютера, было совместимо не только с конкретной архитектурой, но также и иными технологическими элементами ПК. Какие компоненты можно менять в современных ПК? В числе ключевых: материнская плата, процессор, оперативная память, видеокарта, жесткие диски. Рассмотрим специфику каждого из компонентов подробнее, определим, от чего зависит их совместимость с иными аппаратными элементами, а также выясним, каким образом наиболее корректно можно реализовать принцип открытой архитектуры ПК на практике.

Основные виды и принципы архитектуры ЭВМ. Основные виды и принципы архитектуры ЭВМ

Структура компьютера — это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне включающее описание пользовательских возможностей программирования систем команд систем адресации организации памяти Архитектура определяет принцип действия, информационные связи взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора; оперативного ЗУ, Внешних ЗУ и периферийных устройств.

Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы американским учёным Джоном фон Нейманом в 40-х годах 20 века:

1. Любую ЭВМ образуют три основные компоненты: процессор, память и устройства ввода-вывода (УВВ).

2. Информация, с которой работает ЭВМ делится на два типа:

набор команд по обработке (программы);

данные подлежащие обработке.

3. И команды, и данные вводятся в память (ОЗУ) – принцип хранимой программы.

4. Руководит обработкой процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и логические операции над данными.

5. С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ).

Компьютерами с сосредоточенной обработкой(закрытой архитектурой) называются такие вычислительные системы, у которых одно или несколько обрабаты­вающих устройств (процессоров) расположены компактно и исполь­зуют для обмена информацией внутренние шины передачи данных. Компьютеры первого и второго поколения имели архитектуру зак­рытого типа с ограниченным набором внешнего оборудования. Та­кая архитектура характерна для компьютеров, базовая система логи­ческих элементов которых построена на дискретных электронных компонентах (электронных лампах, транзисторах). Введение любого дополнительного функционального блока в такие архитектуры был сопряжен с увеличением потребляемой мощности, занимаемой пло­щади и резко увеличивал стоимость всей системы. Поэтому компь­ютер, выполненный по этой архитектуре, не имел возможности под­ключения дополнительных устройств, не предусмотренных раз­работчиком.

Схема такой компьютерной архитектуры приведена на рисунке.

Оперативная память хранит команды и данные испол­няемых программ, АЛУ обеспечивает не только числовую обработ­ку, но и участвует в процессе ввода-вывода информации, осуществ­ляя ее занесение в оперативную память. Канал ввода/вывода представляет собой специализированное устройство, работающее по командам, подаваемым устройством управления. Канал допускает подключение определенного числа внешних устройств. Устройство управления обеспечивает выполнение команд программы и управляет всеми узлами системы.

Архитектура компьютера закрытого типа

Компьютеры такой архитектуры эффективны при решении чисто целительных задач. Они плохо приспособлены для реализации компьютерных технологий, требующих подключения дополнительных внешних устройств и высокой скорости обмена с ними информацией.

Вычислительные системы с открытой архитектурой. В начале 70-х гг. фирмой DEC (Digital Equipment Corporation) был предложен компьютер совершенно иной архитектуры. Эта архитек­тура позволяла свободно подключать любые периферийные устрой­ства, что сразу же заинтересовало разработчиков систем управления различными техническими системами, так как обеспечивало свобод­ное подключение к компьютеру любого числа датчиков и исполни­тельных механизмов. Главным нововведением являлось подключение всех устройств, независимо от их назначения, кобщей шине переда­чи информации. Подключение устройств к шине осуществлялось в соответствии состандартом шины. Стандарт шины являлся свобод­но распространяемым документом, что позволяло фирмам- произ­водителям периферийного оборудования разрабатывать контроллеры для подключения своих устройств к шинам различных стандартов. Архитектура компьютера открытого типа, основанная на использо­вании общей шины, приведена на рис. Общее управление всей системой осуществляет центральный процессор. Он управляет общей шиной, выделяя время другим устройствам для обмена информаци­ей. Запоминающее устройство хранит исполняемые программы и данные и согласовано уровнями своих сигналов с уровнями сигна­лов самой шины. Внешние устройства, уровни сигналов которых от­личаются от уровней сигналов шины, подключаются к ней через спе­циальное устройство -контроллер. Контроллер согласовывает сигналы устройства с сигналами шины и осуществляет управление устройством по командам, поступающим от центрального процессора.

Архитектура компьютера открытого типа

Контроллер подключается к шине специальными устройствами-портами ввода-вывода. Каждый порт имеет свой номер, и обращение к нему к нему процессора происходит, также как и к ячейке памяти, по этому номеру. Процессор имеет специальные линии управления, сигнал на которых определяет, обращается ли процессор к ячейке памяти или к порту ввода-вывода контроллера внешнего устройства.

Несмотря на преимущества, предоставляемые архитектурой с общей шиной, она имеет и серьезный недостаток, который проявлялся все больше при повышении производительности внешних устройств й возрастании потоков обмена информацией между ними.

К общей шине подключены устройства с разными объемами и скоростью обмена, в связи с чем «медленные» устройства задерживали работу «быстрых». Дальнейшее повышение производительности компьютера было найдено во введении дополнительной локальной шины,

к которой подключались «быстрые» устройства. Архитектура компьютера с общей и локальной шинами приведена на рисунке.

Архитектура компьютера с общей и локальной шиной

Контроллер шины анализирует адреса портов, передаваемые про­цессором, и передает их контроллеру, подключенному к общей или локальной шине.

Конструктивно контроллер каждого устройства размещается на общей плате с центральным процессором и запоминающим устрой­ством или, если устройство не является стандартно входящим в состав компьютера, на специальной плате, вставляемой в специальные разъемы на общей плате —слоты расширения. Дальнейшее развитие микроэлектроники позволило размещать несколько функциональных узлов компьютера и контроллеры стандартных устройств в одной микросхеме СБИС. Это сократило количество микросхем на общей плате и дало возможность ввести две дополнительные локальные шины для подключения запоминающего устройства и устройства отображения, которые имеют наибольший объем обмена с централь­ным процессором и между собой. Хотя архитектура компьютера ос­талась прежней, структура современного персонального компьютера имеет вид, представленный на рисунке.

Структура персонального компьютера

Центральный контроллер играет роль коммутатора, распре­деляющего потоки информации между процессором, памятью, устрой­ством отображения и остальными узлами компьютера. Кроме этого в состав микросхемы центрального контроллера включены устрой­ства, которые поддерживают работу компьютера. К ним относятся

системный таймер’, устройство прямого доступа к памяти, которое обеспечивает обмен данными между внешними устройствами и па­мятью в периоды, когда это не требуется процессору; устройство обработки прерываний, которое обеспечивает быструю реакцию про­цессора на запросы внешних устройств, имеющих данные для пере­дачи.

Функциональный контроллер — это СБИС, которая содержит кон­троллеры для подключения стандартных внешних устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер, модем и т.д. Часто в состав этого контроллера входит такое устройство, как аудиокарта, позволяющая получить на внешних динамиках высококачественный звук при про­слушивании музыкальных и речевых файлов.

Для подключения специфических устройств часть общей шины, соединяющая центральный и функциональный контроллеры, имеет слоты расширения для установки плат контроллеров.

Аппаратные средства ПК

Человеком созданы специальные технические устройства, предназначенные для кодирования, обработки, передачи и хранения информации в цифровой форме (компьютер, принтер, сканер, модем и др.). Совокупность таких устройств принято называть аппаратными средствами.

Персональный компьютер

Современный компьютер может быть реализован в настольном (desktop), портативном(notebook) или карманном (handheld) варианте.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.

Аппаратное обеспечение (Hardware)— это физическая часть компьютера — то, что вы можете видеть, к чему можете прикоснуться.

Читайте также

Классификация ноутбуков Существуют 2 основные системы классификации ноутбуков, которые дополняют друг друга:Классификация на основе размера диагонали дисплея.Классификация по размеру диагонали экрана весьма условна. Экраны с одинаковой диагональю, но различным

Классификация архитектур Принципов классификации компьютерных архитектур немало. Вероятно, самый старый из них — по формату команд процессора. Другой, уже знакомый, — разделение процессоров на категории CISC и RISC. Оба эти подхода учитывают только аппаратный интерфейс

Основные компоненты компьютера — внешние устройства

Клавиатура

Клавиатура служит средством ввода информации. Может подключаться к компьютеру, ноутбуку, планшету, телевизору и другим устройствам. Содержит клавиши с цифрами и буквами, может иметь дополнительные элементы управления.

Компьютерная мышь также является средством ввода информации с помощью управления графическим указателем в системе и нажатием клавиш/кнопок на самой мышке.

Монитор

Монитор является средством вывода информации, это то, с чего вы читаете данный текст, если читаете со смартфона, то средство вывода информации — дисплей. Сейчас мониторов выпускается огромное количество, все разных моделей и сделаны по различным технологиям.

Принтер

Принтер является средством вывода информации в виде печати данных на листе бумаги. Сейчас выпускаются и 3Д принтеры, которые позволяют получать информацию не в графическом виде, а в виде напечатанных объектов.

Интересно! Существуют и другие компоненты системного блока: CD/DVD привод, дисковод 3.5, но их редко используют в современных системных блоках, т.к. это уже устаревшие технологии. Чаще можно встретить — карт ридер.

В заключение

Аппаратные средства могут быть самые разные, и с каждым годом появляются все более новые и интересные. Не успели мы привыкнуть к привычным жестким дискам, как на смену им пришли более быстрые ССД. Будьте уверены, в будущем мы увидим еще множество прекрасных аппаратных средств.

Adblock
detector