Магистрально модульный принцип построения компьютера это кратко

Магистрально-модульный принцип построения ПК

На прошлых уроках вы познакомились с назначением и характеристиками основных устройств компьютера. Очевидно, что все эти устройства не могут работать по отдельности, а только в составе всего компьютера. Поэтому для понимания того, как компьютер обрабатывает информацию, необходимо рассмотреть структуру компьютера и основные принципы взаимодействия его устройств.

В соответствии с назначением компьютера как инструмента для обработки информации взаимодействие входящих в него устройств должно быть организованно таким образом, чтобы обеспечить основные этапы обработки информации. (Какие?) Схему устройства компьютера мы рассмотрели на 5 уроке. (Вспоминаем.)

Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере, называется данными.

Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой.

Обработка данных на компьютере:

1. Пользователь запускает программу, хранящуюся в долговременной памяти, она загружается в оперативную и начинает выполняться.

2. Выполнение: процессор считывает команды и выполняет их. Необходимые данные загружаются в оперативную память из долговременной памяти или вводятся с помощью устройств ввода.

3. Выходные (полученные) данные записываются процессором в оперативную или долговременную память, а также предоставляются пользователю с помощью устройств вывода информации.

Для обеспечения информационного обмена между различными устройствами должна быть предусмотрена какая-то магистраль для перемещения потоков информации.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Каждая отдельная функция компьютера реализуется одним или несколькими модулями – конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Организация структуры компьютера на модульной основе аналогична строительству блочного дома. Основными модулями компьютера являются память и процессор. Процессор – это устройство управляющее работой всех блоков компьютера. Действия процессора определяются командами программы, хранящейся в памяти.

Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистрально-модульный принцип имеет ряд достоинств:

1. для работы с внешними устройствами используются те же команды процессора, что и дл работы с памятью.

2. подключение к магистрали дополнительных устройств не требует изменений в уже существующих устройствах, процессоре, памяти.

3. меняя состав модулей можно изменять мощность и назначение компьютера в процессе его эксплуатации.

Принцип открытой архитектуры – правила построения компьютера, в соответствии с которыми каждый новый блок должен быть совместим со старым и легко устанавливаться в том же месте в компьютере.

В компьютере столь же легко можно заменить старые блоки на новые, где бы они ни располагались, в результате чего работа компьютера не только не нарушается, но и становится более производительной. 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. Причем во всех разъемы для их подключения являются стандартными и не требуют никаких изменений в самой конструкции компьютера.

Урок 1
§1.1. Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Инструктаж по техники безопасности

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Этот принцип предусматривает построение компьютера из функциональных блоков, взаимодействующих посредством общего канала (каналов) — шины. В сочетании с открытой (общеизвестной) архитектурой это позволяет потребителю собирать машину нужной конфигурации.

Магистраль включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии (рис. 1.1). К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных в виде электрических импульсов.

Рис. 1.1. Магистрально-модульное устройство компьютера

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству через области оперативной памяти.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники и в настоящее время составляет 64 бита.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти, т. е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

N = 2 i , где I — разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в процессорах Pentium Extreme Edition составляет 64 бита. Таким образом, количество адресуемых ячеек памяти в таких процессорах равно:

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию — считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами И т. д.

Следующая страница Системная плата

Cкачать материалы урока

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между модулями.

Магистральный (шинный) принцип обмена информацией

Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям), соединяющим все модули: шине данных, шине адресов и шине управления.

Разрядность шины данных связана с разрядностью процессора (имеются 8-, 16-, 32-, 64-разрядные процессоры).

Данные по
шине данных могут передаваться от процессора к какому-либо устройству, либо, наоборот, от устройства к процессору, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины данных можно
отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти, запись/чтение данных из внешней памяти, чтение данных с устройства ввода, пересылка данных на устройство вывода.

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

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой процессором памяти. Имеются 16-, 20-, 24- и 32-разрядные шины адреса.

Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т. е. максимальный объем адресуемой памяти:

В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются. В первых отечественных персональных компьютерах величина адресного пространства была иногда меньше, чем величина реально установленной в компьютере оперативной памяти. Обеспечение доступа к такой памяти происходило на основе поочередного (так называемого постраничного) подключения дополнительных блоков памяти к адресному пространству.

В современных персональных компьютерах с 32-разрядной шиной адреса величина адресуемой памяти составляет 4 Гб, а величина фактически установленной оперативной памяти значительно меньше и составляет обычно 16 или 32 Мб.

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

Аппаратно на системных платах реализуются шины различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA (Industry Standard Architecture), имевшая 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA (Extended Industry Standard Architecture), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В компьютерах PC/ Pentium используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect), имеющая 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.

Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, адаптеров устройств (видеоадаптер, контроллер жестких дисков и т. д.), а на программном уровне обеспечивается загрузкой в оперативную память драйверов устройств, которые обычно входят в состав операционной системы.

Контроллер жестких дисков обычно находится на системной плате. Существуют различные типы контроллеров жестких дисков, которые различаются по количеству подключаемых дисков, скорости обмена информацией, максимальной емкости диска и др.

Тип	Количество устройств	Скорость обмена	Макс. емкость
IDE	1Мб/С	540Мб
EIDE	2+2	3—4 Мб/с	8Г6
SCSI	5—10 Мб/с	8Г6

IDE — Integrated Device Electronics

EIDE — Enhanced Integrated Device Electronics

SCSI — Small Computers System Interface

В стандартный набор контроллеров, разъемы которых имеются на системном блоке компьютера, обычно входят:

— видеоадаптер (с помощью него обычно подключается дисплей);

— последовательный порт СОМ1 (с помощью него обычно подключается мышь);

— последовательный порт COM2 (с помощью него обычно подключается модем);

— параллельный порт (с помощью него обычно подключается принтер); — контроллер клавиатуры.

Через последовательный порт единовременно может передаваться 1 бит данных в одном направлении, причем данные от процессора к периферийному устройству и в обратную сторону, от периферийного устройства к процессору, передаются по разным проводам. Максимальная дальность передачи составляет обычно несколько десятков метров, а скорость до 115 200 бод. Устройства подключаются к этому порту через стандартный разъем RS-232.

Через параллельный порт может передаваться в одном направлении одновременно 8 бит данных. К этому порту устройства подключаются через разъем Centronics. Максимальное удаление принимающего устройства обычно не должно превышать 3 м.

Подключение других периферийных устройств требует установки в компьютер дополнительных адаптеров (плат).

Уинн Л. Рош. Библия по модернизации персонального компьютера. ИПП ”Тивали-Стиль», 2002г.

Журналы ”HARD’n’SOFT” 2007-08гг.

Виктор Устинов, Хранение данных на CD — и DVD-дисках: на наш век хватит?

ECMA-стандарт (аналог ISO) на диски CD-ROM

Скотт Мюллер. Глава 6. Оперативная память // Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17 изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С.499-572. — ISBN 0-7897-3404-4

Какой смысл имеет наличие шины управления?

магистрально модульный принцип построения компьютера

Шина управления также занимается передачей. Только не информационных потоков, а сигналов. Стоит сказать, что эти сигналы, по сути дела, и определяют, какой характер имеет обмен информацией, которая “гуляет” по всей магистрали. Проще говоря, сигналы говорят центральному процессору о том, какую операцию необходимо производить в настоящий момент времени. Это может быть как считывание данных из памяти, так и наоборот – запись новых данных. Кроме того, шина управления помогает синхронизировать дерево процессов, способствующих обмену информацией между теми или другими отдельными устройствами.

Магистрально-модельный принцип построения компьютера

В прошлом уроке мы с тобой говорили о том, что основной элемент, на котором строится компьютер, — это материнская плата. Теперь мы углубимся и рассмотрим более подробно принцип построения компьютера.

Для начала давай разберёмся в том, с какими устройствами работает компьютер. Есть системный блок, устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер, микрофон, видеокамера и т. п.) и устройства вывода (монитор, принтер, динамики и т. п.). Но в системном блоке находится не только материнская плата. На ней установлен центральный процессор — «сердце компьютера», а также элементы постоянной памяти, которые также называют внешней памятью (жёсткие диски: HDD или SSD), и оперативной , или внутренней, памяти (RAM).

Современный компьютер построен таким образом, что все его составляющие разделены на функциональные блоки, взаимодействующие между собой при помощи шины.

Такой подход к построению компьютера называется магистрально-модульным, и благодаря ему можно собрать самостоятельно необходимую конфигурацию под соответствующие задачи.

Почему принцип называется магистрально-модульным и какие бывают шины?
Всё очень просто! Шины по типу бывают трёх вариантов: шина данных, шина адресов и шина управления. Совокупность всех трёх типов шин — это и есть магистраль.
Обрати внимание! Магистраль содержит три типа шин, но само количество этих самых шин может и, скорее всего, будет больше трёх.

Рис. (1). Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Магистраль

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии (рис. 4.1). К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Рис. 4.1. Магистрально-модульное устройство компьютера

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

N = 2I , где I — разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:

N = 236 = 68 719 476 736.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

13) Память персональногокомпьютера

Память компьютера удобно представлять себе в виде последовательности ячеек. Каждая ячейка содержит информацию в количестве один байт (восемь битов). Любая информация хранится в памяти компьютера в виде последовательности байтов. Байты памяти пронумерованы друг за другом, причем номер первого от начала памяти байта равен нулю. Каждая конкретная информация, хранимая в памяти, может занимать один или несколько байтов. Количество байтов, которое занимает та или иная информация в памяти, есть размер этой информации в байтах.

Память состоит из ячеек. Ячейка содержит один байт информации. Размер информации — это количество байтов, занимаемых этой информацией.

Адрес информации — это номер первого из занимаемых этой информацией байтов.

Объем памяти компьютера — это количество содержащихся в ней байтов.

Чем больше объем памяти, тем больше данных и программ она может вместить, тем, соответственно, больше задач можно решить с помощью компьютера.

Обмен данными между центральным процессором и памятью осуществляется с помощью специального устройства, называемого шиной.

Упрощенно шину можно представить себе как набор параллельных проводов, каждый из которых передает один бит информации: 1 или 0. Количество проводов в шине — это ширина шины. Именно ширина шины и есть то количество битов (разрядов), которое определяет количество одновременно передаваемой информации. Чем шире шина (больше ее разрядность), тем больше данных можно передать одновременно, тем быстрее работает компьютер.

Для передачи адресов используется шина адреса, для передачи данных используется шина данных. Естественно, что процесс усовершенствования современных компьютеров включает в себя и переход к более широким шинам.

Таким образом, ширина шины адреса определяет объем доступной памяти компьютера.

Современные IBM-совместимые компьютеры имеют ширину шины адреса 20, 24 или 32 разряда. Компьютеры с 20 — разрядной шиной адреса могут обращаться (адресовать) до 1 Мбайта (= 2²´ байтов) памяти. Компьютеры с 24 — разрядной шиной адреса могут адресоваться уже до 16 Мбайтов (= 2²´ байтов) памяти, а компьютеры с 32-и разрядной шиной адреса — именно они составляют большинство используемых в нашей стране компьютеров — могут адресовать уже до 4 ГбайтОВ (= 2³² байтов) памяти.

Весь объем памяти состоит из трех частей:

· основная (или стандартная) память занимает первые (или, как говорят, нижние) 640 Кбайтов памяти;

· верхняя память занимает 384 Кбайтов памяти: от 640 Кбайтов до 1Мбайта;

· расширенная — это память за пределами 1Мбайта. Первые 64 Кбайта называются областью высокой памяти.

В процессе работы компьютера каждая из этих частей используется для хранения определенных видов программ и данных.

Виды памяти

Вся память компьютера делится на два вида. Первый вид памяти называется оперативной памятью или оперативнвм запоминающим устройством (ОЗУ). В английском языке для такого вида памяти используется сокращение RAM — память с произвольныь доступом. Этот вид памяти имеет такое название потому, что позволяет не только считывать информацию из памяти по указанным адресам, но и записывать информацию в память (т. е. менять содержание памяти). Именно с этой памятью центральный процессор постоянно обменивается информацией при решении компьютером каждой конкретной задачи. Содержимое этого вида памяти не сохраняется при выключении компьютера.

Оперативная память предназначена для чтения и записи информации

Второй вид памяти называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) и характеризуется тем, что позволяет только считывать информацию. Именно поэтому такой вид памяти получил в английском языке название ROM — память только для чтения. Запист в этот вид памяти невозможна. Благодаря этому информация, находящаяся в ROM -памяти, защищена от нарушений и изменений.

Содержимое этого вида памяти сохраняется при выключении компьютера.

Постоянная память предназначена только для чтения информации.

В ПЗУ находятся важные для правильной работы компьютера данные и программы, часть из которых компьютер использует для своей работы сразу после включения.

ПЗУ расположена в верхней памяти, т. е. составляет лишь небольшую часть общего объема памяти компьютера. Большую часть всего объема памяти компьютера занимает ОЗУ.

Кроме перечисленных есть еще один вид памяти, служащий для ускорения работы компьютера. Она называется кэш-памятью (по англ. — тайник) и представляет собой небольшую по объему отдельную память, в которой хранится наиболее часто используемая информация. Время доступа к информации, хранящейся в кэш-памяти, меньше, чем время доступа к этой же информации, хранящейся в других видах памяти компьютера. Механизм кэширования ускоряет работу компьютера, т. е. быстро действующим устройством не приходится ожидать поступления информации от медленно действующих по сравнению с ними видов памяти — информация извлекается из кэш-памяти. Таким образом, кэш-память используется для согласования времени взаимодействия быстрых и медленных устройств.

14) Организацияинформации на внешнем носителе, файловая система: диски, файлы, каталоги.

Информация на внешних носителях имеет файловую организацию.

Файлом называется информация, хранящаяся на внешнем носителе и имеющее собственное имя.

На дисках также есть директорий (справочник, указатель) диска, содержащий имена хранимых файлов, их размеры, время создания и т.д.

Для пояснения смысла этого понятия удобно воспользоваться следующей аналогией: сам носитель информации (диск) подобен книге. Книга состоит из глав (рассказов, разделов и пр.), каждая из которых имеет свое название. Так же и файлы имеют свое название, их называют именами файлов. В начале или конце книги обычно присутствует оглавление – список названий глав. На диске тоже есть такой список, содержащий имена хранимых файлов. Название этого списка – директорий диска (от англ. directory – справочник, указатель). В директории кроме имен файлов указываются их размены в байтах, время создания, а также другая полезная информация.

Файловая система — регламент, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях инфы. Она определяет формат физического хранения инфы, кот принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла, max возможный размер файла, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, напр-р, разграничение доступа или шифрование файлов.

В широком смысле понятие «файловая система» включает:

· совокупность всех файлов на диске,

· наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, напр-р, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,

· комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и др операции над файлами.

Файлы бывают разных типов: обычные файлы, спец файлы, файлы-каталоги.

Обычные файлы подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это доки, исходные тексты прог и т.п. Текстовые файлы м. прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не use ASCII-коды, они часто имеют сложвнутр структуру, напр-р, объектный код проги или архивный файл. Все ОС должны уметь распознавать хотя бы 1 тип файлов — их собственные исполняемые файлы.

Спец файлы — это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, кот позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале прогами файловой системы, а затем на некотор этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующимустр-вом. Спец файлы, так же как и устр-ва ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные.

Каталог — это 1)группа файлов, объединенных пользователем исходя из некотор соображений, 2) файл, содержащий системную инфу о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их хар-ками (атрибутами).

Файловая система — это система хранения файлов и организации каталогов.