Организация персонального компьютера

КОМПЪЮТЕРНАЯ ТЕХНИКА

Рассмотрим основы построения вычислительных систем на примере персонального компьютера.

Оказывается, основные операции (логические операции, сложение и сдвиг) выполняются в компьютерах при помощи простейших полупроводниковых элементов. На базе этих элементов строятся такие сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), как процессоры, СБИС памяти, схемы, управляющие обменом информацией между процессором и памятью, устройства ввода-вывода, управляющие обменом информацией между памятью и подключаемыми к компьютеру внешними устройствами.
В зависимости от назначения, управляющие схемы называют адаптерами, контроллерами или арбитрами. "Железо" или аппаратное обеспечение компьютера "мертво" без программного обеспечения.
Программное обеспечение может быть операционным и прикладным.
Прикладное программное обеспечение, это те программы, с которыми непосредственно работает пользователь.
Операционное программное обеспечение связывает аппаратное обеспечение и прикладные программы.
Чтобы компьютер "ожил" сразу после его включения, все компьютеры снабжаются таким программным обеспечением как BIOS -Basic Input/Output Sistem, базовая система ввода вывода. BIOS непосредственно взаимодействует с "железом", поэтому эта совокупность программ делается под базовую конфигурацию компьютера. BIOS хранится в постоянной (предназначенной только для чтения) памяти и обеспечивает работу аппаратной части компьютера. Если процессор можно назвать "аппаратным сердцем" компьютера, то BIOSможно назвать его "программным сердцем".
Операционная система также настраивается на определенную аппаратную конфигурацию. Наибольшее распространение в свое время получила дисковая операционная система (DOS), первоначально осуществлявшая взаимодействие между дисковой памятью и компьютером. С развитием структуры и архитектуры вычислительных систем дисковая операционная система становилась тормозом, заставлявшим операционную систему подстраиваться под требования DOS при обращении к магнитному диску. Современные операционные системы отошли от прежних канонов.

Аппаратная часть компьютера
Аппаратная часть компьютера состоит из следующих блоков: центрального процессора, памяти, которая делится на постоянную, оперативную и внешнюю, устройств ввода-вывода, тактового генератора (таймера) и периферийного оборудования, для взаимодействия с которым применяют специальные адаптеры.
Необходимый набор внешних устройств, обеспечивающий возможность работы пользователя с компьютером называется базовой конфигурацией компьютера. Базовая конфигурация включает в себя блок питания, жесткий диск для хранения программ и данных, клавиатуру и мышь для управления компьютером.
Когда в компьютер устанавливается какое-либо дополнительное устройство, небольшая дополнительная программа, драйвер, предоставляет операционной системе инструкции по работе с этим устройством.
Система BIOSвыполняет в компьютере три основные функции:

· Производит инициализацию и начальное тестирование аппаратных средств, т.е. проверяет работу узлов компьютера при его включении, выполняет процедуру тестирования POST (Power On Self Test);

· Отыскивает операционную систему, загружает ее в оперативную память и передает ей управление компьютером;

· После загрузки операционной системы BIOS обеспечивает прикладным программам доступ к отдельным блокам компьютера. Подключаемые внешние устройства могут посылать запросы на обслуживание (это аппаратные прерывания от таймера, клавиатуры, дисков, - BIOS Hardware Interrupts). Программные обращения к системным устройствам обеспечиваются базовыми функциями BIOS (сервисами) - ROM BIOS Services.

Связь между блоками осуществляется при помощи системы шин.
Для выбора определенной ячейки памяти или внешнего устройства служит шина адреса.
Для передачи данных используется шина данных.
Для передачи сигналов управления, например, сигналов чтения из памяти или записи в память, служит шина управления (см. Рис 1).

На рисунке все эти шины объединены в одну системную шину, при помощи которой осуществляется связь между всеми составляющими компьютера и внешними устройствами.
Каждое устройство, подключаемое к шине, должно обеспечиваться логической схемой (адаптером), адаптирующей это устройство к правилам работы с шиной.
Работой компьютера всегда управляет программа, состоящая из отдельных команд (операторов).
Каждая команда принимается процессором, он расшифровывает содержание команды, выполняет арифметические и логические операции над данными и управляет работой всех устройств компьютера, участвующих в выполнении команды.
Простейшие действия, выполняемые компьютером, преобразуются в сотни и даже тысячи простейших операций процессора. Для каждой операции, выполняемой процессором, требуется время, определяемое количеством тактов синхронизации.
Для синхронизации работы процессора и всех составляющих компьютера служит специальный генератор тактовых импульсов.

Генератор тактовых импульсов.

Тактирующие синхросигналы, координирующие во времени работу всей системы, создает генератор тактовых импульсов. Процессор работает на более высокой тактовой частоте, чем частота внешнего генератора тактов. Внутреннюю частоту процессора получают обычно умножением внешней на определенный коэффициент умножения.

Рис 1. Структурная схема компьютера.

Архитектура
Программист, составляющий программу, должен представлять, какие ресурсы компьютера ему доступны, к каким устройствам он может обращаться при помощи операторов программы. Устройство компьютера с точки зрения программиста называют архитектурой компьютера.

Рассматриваемая нами архитектура компьютера называется магистрально-модульной. К общей магистрали подключаются отдельные модули. Такая архитектура является открытой.
Открытая архитектура предназначена для того, чтобы можно было добавлять адаптеры дополнительных устройств и приспосабливать компьютеры к потребностям каждого пользователя. Для подключения дополнительных модулей и расширения функциональных возможностей компьютера служат разъемы (слоты расширения), установленные на системной плате компьютера.
Системную плату называют еще материнской платой, так как на ней размещаются все основные микросхемы, обеспечивающие работу компьютера и его связь с внешним миром.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: