Устройства персонального компьютера

Логическую организацию и структуру аппаратных и программных ресурсов вычислительной системы называют архитектурой компьютера. Архитектура заключает в себе требования к функциональности и принципы организации основных узлов ЭВМ.

Среди архитектур персональных компьютеров выделяют:

- по разрядности интерфейсов и машинных слов: 8-, 16-, 32-, 64-разрядные (ряд ЭВМ имеет и иные разрядности);

- по особенностям набора регистров, формата команд и данных: CISC, RISC, VLIW;

- по количеству центральных процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные, суперскалярные.

М. Флинн предложил классифицировать архитектуру ЭВМ согласно числу потоков команд и данных:

- вычислительная система с одним потоком команд и данных (однопроцессорная ЭВМ – SISD, Single Instruction stream over a Single Data stream);

- вычислительная система с общим потоком команд (SIMD, Single Instruction, Multiple Data – одиночный поток команд и множественный поток данных);

- вычислительная система со множественным потоком команд и одиночным потоком данных (MISD, Multiple Instruction Single Data – конвейерная ЭВМ);

- вычислительная система со множественным потоком команд и данных (MIMD, Multiple Instruction Multiple Data).

Большинство современных компьютеров основано на общих логических принципах, сформулированных ещё в 1945 г. американским математиком Джоном фон Нейманом(1903–1957), который предложил архитектуру вычислительной системы с одним процессором. Основными принципами построения компьютеров фон-неймановской архитектуры являются:

– принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности),

– принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти),

– принцип адресности (структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка);

– принцип хранимой программы.

Джон фон Нейман сформулировал следующие положения.

1. Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода).

2. Арифметико-логическое устройство выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти.

3. Управляющее устройство обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками).

4. Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме.

5. Программа, которая задаёт работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве.

6. Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода.

Принципы построения не-фон-неймановских компьютеров несколько отличаются. Например, в гарвардской архитектуре память программ и данных разделена, что позволяет распараллелить выборку данных из памяти.

Открытая архитектура ЭВМ была разработана фирмой IBM для ПК. Основные признаки открытой архитектуры:

- наличие общей информационной шины, к которой возможно подключение различных дополнительных устройств через разъемы-расширения;

- модульное построение компьютера;

- совместимость всех новых устройств и программных средств с предыдущими версиями по принципу «сверху-вниз», то есть последующие разработки должны поддерживать более ранние.

К базовой конфигурации персонального компьютера относятся системный блок, монитор, клавиатура и мышь.

По виду вычислительного процесса средства вычислительной техники подразделяют на цифровые, аналоговые и комбинированные (гибридные).