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

Устройство 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 устройствами.

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.

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. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

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

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.

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-модульное устройство ПК
презентация к уроку по информатике и икт (10 класс)

Магистрально-модульное устройство компьютера Шина данных (8, 16, 32, 64 бита) Процессор Оперативная память Шина адреса (16, 20, 24, 32, 36, 64 бита) Шина управления Магистраль Устройства ввода Долговременная память Устройства вывода Сетевые устройства

1. Шина данных – Служит для передачи данных 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. (В настоящее время 64 бита ) схема

2. Шина адреса – Служит для передачи адреса устройств или ячеек оперативной памяти в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам ; Разрядность шины данных определяет объём адресуемой памяти , т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. ( N=2 I , где I – разрядность шины адреса). Например: в процессорах Pentium Extreme Edition разрядность шины адреса равна 64 бита , поэтому количество адресуемых ячеек памяти в таких процессорах равно N=2 64 ячеек. схема

3. Шина управления – Служит для передачи сигналов, определяющих характер обмена информацией по магистрали. (Сигналы управления определяют, какую операцию – считывание или запись информации из памяти нужно производить и т.д.). схема

Магистрально-модульное устройство компьютера Шина данных (8, 16, 32, 64 бита) Процессор Оперативная память Шина адреса (16, 20, 24, 32, 36, 64 бита) Шина управления Магистраль Устройства ввода Долговременная память Устройства вывода Сетевые устройства

Логическая схема системной платы Монитор Проектор Процессор Видеоплата Северный мост Южный мост Оперативная память AGP PCI Express Шина памяти Жесткие диски CD- дисководы DVD- дисководы PATA SATA Сетевая карта Внутренний модем Сетевой адаптер Wi-Fi Контроллер IEEE 1394 Звуковая плата PCI USB Принтер Сканер Цифровая камера Web- камера Модем Цифровая видеокамера PS/2 IEEE1394 Клавиатура Мышь Микрофон Колонки Наушники Звуковая микросхема

Пропускная способность = = Разрядность шины х Частота шины Системной шины – 8 Гбайт/с; Шины памяти — 4 Гбайт/с; Шины AGP и PCI Express — 2 Гбайт/с; Шины PCI — 528 Мбайт/с; Шины IEEE 1394 — 2 00 Мбайт/с и более; Шины АТА — 300 Мбайт/с; Шины USB — 60 Мбайт/с;

Магистрально-модульное устройство компьютера

Логическая схема системной платы AGP PCI Express Шина памяти PATA SATA PCI USB PS/2 IEEE1394

Логическая схема системной платы Монитор Проектор Процессор Видеоплата Северный мост Южный мост Оперативная память PCI Express Шина памяти Жесткие диски CD- дисководы DVD- дисководы SATA USB Принтер Сканер Цифровая камера Web- камера Модем Клавиатура Мышь

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

Как устроен центральный процессор?

Магистрально-модульный принцип построения ПК предполагает, что существует не только архитектура, составляемая из трех шин. Материнская плата, безусловно, объединяет разрозненные компьютерные детали в единое целое, благодаря чему мы на выходе получаем стабильную работу компьютера или ноутбука, другого устройства подобного рода. Но именно центральный процессор задает единую частоту, на которой будет работать вся система. Не будь его – и каждый отдельный элемент, каждая отдельная деталь работала бы на своей частоте и со своим интервалом времени. И что тогда? Тогда быстродействие компьютера было бы снижено в огромное количество раз, а его работа оказалась бы просто бессмысленной.

Центральный процессор представляет собой микросхему (или же электронный блок). Он занимается исполнением машинного кода, на котором пишутся те или иные программы. Если угодно, то центральный процессор исполняет инструкции, которые определяют работу компьютера как одного целого механизма. ЦПУ можно по праву назвать самым главным элементом аппаратного компьютерного обеспечения. Он также имеет место и в случае программирующих логических контроллеров. Иногда ЦП называют также микропроцессором.

Проводя аналогию с человеческим организмом, можно сказать, что центральный процессор есть не что иное, как “мозг”. Только он может выдать разрешение на выполнение той или иной программы. Он, наряду с материнской платой, командует тем, что происходит в компьютере, какие элементы подключаются к выполнению определенного задания, а какие – отключаются или перенаправляются на решение других задач.

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