Модель ЭВМ. Центральный процессор. Шины. Оперативная память

Современные ЭВМ строятся по модульному принципу и могут иметь переменный состав оборудования, который обеспечивает пользователя наиболее целесообразным набо­ром внешних устройств.

Каждое устройство ЭВМ представляет собой автономный, конструктивно законченный модуль с типовым сопряжением.

Все устройства ЭВМ можно разделить на центральные и внешние (периферийные). Обобщенная структурная схема ЭВМ представлена на рис.

Структурно компьютер состоит из функциональных бло­ков: тактового генератора, центрального процессора, устройств памяти, устройства ввода-вывода, периферийного оборудова­ния, обеспечивающего общение человека с компьютером.

Характер действий и их последовательность определяются программой, представляющей собой совокупность машинных операций, называемых командами. Все основные функциональ­ные узлы компьютера связаны друг с другом шинами — физическими каналами передачи электрических сигналов в ЭВМ [для связи между устройствами].

Основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех его устройств между собой, является системная шина. Системная шина включает в себя: шину данных (ШД), содержащую провода и схемы сопряжения для парал­лельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда; шину адреса (ША), включающую провода и схемы сопряжения для парал­лельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства; инструкций (управления)(ШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины.

Системная шина персонального компьютера обеспечивает три направления передачи информации: 1) между процессором и основной памятью; 2) между процессором и портами ввода-вывода внешних устройств; 3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти — DMA).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицирован­ные разъемы подключаются к шине единообразно: непосредственно или через кон­троллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется процессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему — контроллер шины, формирующий основные сигналы управления.

Оперативная (основная) память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена ин­формацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной ин­формации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изме­нить информацию в ПЗУ нельзя).

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каж­дой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения пи­тания машины (энергозависимость).

Руководит работой компьютера Центральный процессор (ЦП) — мозг компьютера. Он вы­полняет команды, записывает информацию в память и считывает ее оттуда, осуществляет доступ к внешним устрой­ствам. Через ЦП проходит почти (см. DMA) вся информация, обрабатываемая компьютером. Производительность ЦП во многом зависит от способности процессора работать с высокой тактовой частотой (качество микропроцессора), но не от тактового генератора, от пропускной способности шины передачи данных, от набора ко­манд и других факторов.

В оперативной памяти компьютера хранятся комплекс ру­ководящих команд, называемых операционной системой, а также необходимые для выполнения операций прикладные про­граммы. Каждая команда находится в памяти компьютера по определенному адресу, который указывается программным счетчиком. Регистр команд процессора содержит исполняемую в данный момент команду. Действия над числами производит арифметико-логическое устройство (АЛУ).