Функциональная схема компьютера, организованного на Intel-совместимом процессоре

IBM PC - первый массовый персональный компьютер производства фирмы IBM, выпущенный в 1981 году. Состоял из горизонтального корпуса с размещённой в нём основной (материнской) платой, микропроцессором i8088, контроллером прямого доступа к памяти i8237, контроллером прерываний i8259A, таймером i8254, контроллером параллельного порта i8255A, микросхемой постоянного запоминающего устройства с BIOS, четырьмя такими же микросхемами с интерпретатором BASIC, и от 9 до 36 микросхем динамического ОЗУ 4116.

Любой PC-совместимый компьютер имеет следующие характерные черты:

o процессор, программно совместимый с семейством х86 фирмы Intel;

o специфическая система распределения пространства адресов памяти;

o традиционное распределение адресов пространства ввода-вывода с фикси­рованным положением обязательных портов и совместимостью их про­граммной модели;

o систему аппаратных прерываний, позволяющую периферийным устрой­ствам сигнализировать процессору о необходимости исполнения некото­рых обслуживающих процедур;

o систему прямого доступа к памяти, позволяющую периферийным устрой­ствам обмениваться массивами данных с оперативной памятью, не отвле­кая на это процессор;

o набор системных устройств и интерфейсов ввода-вывода;

o унифицированные по конструктиву и интерфейсу шины расширения (ISA, EISA, MCA, VLB, PCI, PC Card, Card Bus), состав которых может варьи­роваться в зависимости от назначения и модели компьютера;

o базовую систему ввода-вывода (BIOS), выполняющую начальное тестиро­вание и загрузку операционной системы, а также имеющую набор функ­ций, обслуживающих системные устройства ввода-вывода.

Эти средства на рисунке изображены в виде «облака», поскольку их формы разнообразны (шины, хабы). Это «облако» обычно имеет интерфейсы одной или нескольких шин расшире­ния (PCI, ISA...), а также порта AGP.

Стандартная архитектура PC определяет набор обязательных средств ввода-вывода и поддержки периферии — системы аппаратных прерываний (PIC 8259A), системы прямого доступа к памяти (DMA 8237A), трехканальный счетчик (8254), интерфейс клавиатуры и управ­ления (КВС 8042), канал управления звуком, память и часы (CMOS RTC).

На рисунке изображены лишь логические связи между этими устройствами; подра­зумевается, что с помощью средств того же «облака» они представлены своими стандартизованными регистрами в общедоступном пространстве ввода-вывода. Также подразумевается, что все компоненты получают требуемое питание, что превращает весь этот набор компонентов в работоспособный компьютер.

Логическое устройство компьютера:

Микропроцессор - небольшая электронная схема, выполняющая все арифметические операции и обработку информации. Операции выполняются со скоростью в несколько десятков или сотен миллионов операций в секунду. В компьютерах типа IBM PC используются процессоры фирмы Intel, а также совместимые с ним процессоры других фирм. Например: AMD, IBM и др. Процессор является главным устройством компьютера, в котором собственно и происходит обработка всех видов информации. Другой важной функцией процессора является обеспечение согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера.

Компоненты микропроцессора:

· АЛУ выполняет логические и арифметические операции - АЛУ.

· Устройство управления управляет всеми устройствами ПК - УУ.

· Микропроцессорная память (МПП) микропроцессора предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Она строится на регистрах — быстродействующих ячейках памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие).

· Схема управления шиной и портами – осуществляет подготовку устройств к обмену данными между микропроцессором и портом ввода – вывода, а также управляет шиной адреса и управления.

Основные характеристики процессора:

· Разрядность – число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. Большинство современных процессоров – это 32 – разрядные процессоры, но выпускаются и 64 - разрядные процессоры.

· Тактовая частота – количество циклов работы устройства за единицу времени. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность.

· Наличие встроенного математического сопроцессора (добавляется в случаях, когда требуется выполнять большое количество математических операций, к основному процессору. Новые процессоры в таковых не нуждаются.)

· Наличие и размер Кэш- памяти.

Кэш-память

Компьютеру необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать, и быстродействие компьютера уменьшится. Поэтому современные компьютеры оснащаются Кэш-памятью или сверхоперативной памятью.

При наличии Кэш-памяти данные из ОЗУ сначала переписываются в нее, а затем в регистры процессора. При повторном обращении к памяти сначала производится поиск нужных данных в Кэш-памяти и необходимые данные из Кэш-памяти переносятся в регистры, поэтому повышается быстродействие.

Контроллеры

Только та информация, которая хранится в ОЗУ, доступна процессору для обработки. Поэтому необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные.

В ПК информация с внешних устройств (клавиатуры, жесткого диска и т.д.) пересылается в ОЗУ, а информация (результаты выполнения программ) с ОЗУ также выводится на внешние устройства (монитор, жесткий диск, принтер и т.д.).

Таким образом, в компьютере должен осуществляться обмен информацией (ввод-вывод) между оперативной памятью и внешними устройствами. Устройства, которые осуществляют обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами называются контроллерами или адаптерами, иногда картами. Контроллеры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный процессор.

Контроллеры или адаптеры (схемы, управляющие внешними устройствами компьютера) находятся на отдельных платах, которые вставляются в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате.