Открытая архитектура компьютера

Урок Открытая архитектура ПК. Открытая архитектура пк

Открытая архитектура компьютера

Открытая архитектура ПК

Персональные компьютеры являются устройствами с так называемой открытой архитектурой компьютера. Это означает, что в них стандартизированы методы подключения любых периферийных устройств, которые разработчики устройств хотели бы предложить пользователям ПК.

Такой подход позволяет обеспечить конкуренцию производителей, повысить качество и снизить цены для потребителей.

Кроме того, открытая архитектура компьютера с появлением Интернета получила «второе дыхание».  Точнее, каждое устройство, подключенное к ПК, стало возможным использовать в режиме коллективного доступа.У каждого ПК в Интернете есть свой собственный адрес, а у каждого устройства ввода-вывода тоже есть адрес.

Таким образом, комбинируя адрес ПК и адрес устройства ввода-вывода, можно обеспечить доступ к любому открытому для коллективного использования устройству.Пользователям следует помнить об открытой архитектуре компьютера, и внимательно настраивать доступ к устройствам ввода-вывода.

Например, любой жесткий диск или любая папка на жестком диске может быть открыта для доступа извне ПК, используя закладку «Доступ» в окне «Свойства»:Аналогично настраивается доступ и к другим устройствам (принтерам, сканерам и т.п.).

Конечно, предположить, что кто-то попытается вывести данные на Ваш принтер – это из области фантастики, так как забрать свои распечатки такой удаленный пользователь вряд ли сможет. Но вот получить доступ к Вашим жестким дискам для «кражи» данных – это вполне возможно.

Кроме того, общий доступ делает Ваши данные доступными другим пользователям, а это могут быть, например, Ваши персональные данные, пароли и т.п., что совсем не нужно знать другим.

Наконец, программы-вирусы легче попадают на ПК, где открыт доступ к устройствам ввода-вывода, особенно к жестким дискам. Поэтому следует тщательно проверять, нет ли случайного или несанкционированного доступа к Вашим устройствам.

Под случайным доступом можно понимать, например, ситуацию, когда обслуживающий Вас системный программист  установил такой доступ для себя, но потом забыл его отключить после выполнения системных работ.

С точки зрения безопасности открытая архитектура компьютера является слишком открытой системой, доступную не только лояльным пользователям, но и вредоносным программам, хакерам и т.п.

Однако благодаря своей простоте, наличию стандартов, модульности, гибкости, непрерывному развитию, данная архитектура завоевала популярность среди производителей и пользователей.

И уже никакие вирусы и хакеры не смогут повернуть обратно ход истории и технического развития.

Конечно, это нерационально, когда все открыто и доступно, когда все монтируется как бы на одной общей шине данных, пронизывающей весь мир.

Но уж больно просто и красиво получается.  А красота, как известно, спасет мир!

Что такое «открытая архитектура» IBMПроектирование любого устройства (не обязательно компьютера) начинается с разработки некоторых базовых принципов, на которых будет построена вся система. Этот своеобразный фундамент будущей системы принято называть«архитектурой».Разрабатывая персональный компьютер, сотрудники IBM создали, так называемую, «открытую архитектуру», которая оказалось настолько эффективной, что лежит в основе современных ПК и по сей день. Основополагающие принципы открытой архитектуры следующие:

  • конструкция предусматривает возможность расширения системы;
  • использование технических решений и технологий не требует лицензионных затрат;
  • в процессе эксплуатации возможно изменение базового состава системы самим пользователем.

Такая «самонастраивающаяся» система оказалась очень удачным решением. Посудите сами, поскольку система в начале работы сама может определять свою конфигурацию (какие компоненты в данный момент подключены к системе), то пользователю не составляет большого труда самостоятельно настраивать эту самую конфигурацию. В этом состоит принципиальное отличие IBM-совместимых компьютеров и Macintosh, которые построены на закрытой архитектуре. Т.к., последние содержат фиксированный набор компонентов, а сведения о конфигурации закладываются в систему изготовителем, то для внесения каких-либо изменений пользователь должен обращаться в сервисный центр, который выполнит перенастройку конфигурации. Согласитесь, это довольно неудобно и хлопотно.

Блочно-модульная компоновка

Открытая архитектура IBM-компьютеров реализована с помощью блочно-модульной компоновки. В чем ее суть?

Компьютер собирается из отдельных унифицированных блоков.

Существует некий базовый состав блоков, необходимый для работы ПК, а открытая система позволяет пользователю самостоятельно дополнять и изменять блочный состав компьютера, при этом, конечно же, функциональная завершенность системы не должна быть нарушена.

Для взаимодействия блоков между собой и с центральным процессором организуется приемно-передающий канал —системная шина.

Для состыковки блоков между собой имеются специальные системные разъемы, к контактам которых подводятся сигналы системной шины. Такой комплект разъемов размещается на системной (материнской) плате. Остальные элементы, подключаемые к системным разъемам материнской платы, имеют ответные части для их установки в разъемы.

Основы открытой архитектуры

  • В качестве центрального процессора используются микропроцессоры серии x86 фирмы Intel, их аналоги, а также программно-совместимые с ними процессоры других фирм.
  • Система имеет BIOS — программное средство поддержки определенного набора компонентов.
  • Регламентирована процедура начального запуска системы.
  • Память организована в виде нескольких блоков, имеющих различные свойства.
  • Задействован механизм конфигурирования.
  • ПК имеет системный реестр и КМОП-память для хранения сведений о конфигурации системы.
  • Реализована система прерываний и прямого доступа к памяти.
  • Всем устройствам компьютера выделены «свои» адреса.
  • Для ввода информации и вывода ее на экран монитора задействована специальная система кодировок.

Следует сказать, что параллельно были разработаны технические нормативы, описывающие конструкцию компьютера, рабочие режимы, протоколы обмена данными. Без разработки подобных норм невозможен был бы подобный успех IBM-компьютеров.

Программное обеспечение

Компьютерная архитектура имеет в своей основе две составляющие: аппаратную часть (железо) и программную часть(программное обеспечение).

Все это великолепие под названием ПК (состоящее из корпуса, блока питания, системной платы, винчестера, дисководов, различных периферийных устройств) является «мертвым» хламом без соответствующего программного обеспечения, которое «оживляет» весь этот сложный механизм.

С развитием ПК развивается и соответствующее программное обеспечение. Для начала стала необходимость создания системного ПО, которое бы уже непосредственно управляло работой компьютера.

Такой системой стала MS-DOS (MicroSoft Disk Operation System).

На смену ей пришла Microsoft Windows, которая является и по сей день фактическим лидером операционных систем на рынке IBM-совместимых компьютеров.

Источник: http://historich.ru/otkritaya-arhitektura-pk/index.html

Основные виды и принципы архитектуры ЭВМ. Основные виды и принципы архитектуры ЭВМ

Основные виды и принципы архитектуры ЭВМ. Основные виды и принципы архитектуры ЭВМ

Структура компьютера — это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне включающее описание пользовательских возможностей программирования систем команд систем адресации организации памяти Архитектура определяет принцип действия, информационные связи взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора; оперативного ЗУ, Внешних ЗУ и периферийных устройств.

Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы американским учёным Джоном фон Нейманом в 40-х годах 20 века:

1. Любую ЭВМ образуют три основные компоненты: процессор, память и устройства ввода-вывода (УВВ).

2. Информация, с которой работает ЭВМ делится на два типа:

набор команд по обработке (программы);

данные подлежащие обработке.

3. И команды, и данные вводятся в память (ОЗУ) – принцип хранимой программы.

4. Руководит обработкой процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и логические операции над данными.

5. С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ).

Компьютерами с сосредоточенной обработкой(закрытой архитектурой) называются такие вычислительные системы, у которых одно или несколько обрабаты­вающих устройств (процессоров) расположены компактно и исполь­зуют для обмена информацией внутренние шины передачи данных.

Компьютеры первого и второго поколения имели архитектуру зак­рытого типа с ограниченным набором внешнего оборудования. Та­кая архитектура характерна для компьютеров, базовая система логи­ческих элементов которых построена на дискретных электронных компонентах (электронных лампах, транзисторах).

Введение любого дополнительного функционального блока в такие архитектуры был сопряжен с увеличением потребляемой мощности, занимаемой пло­щади и резко увеличивал стоимость всей системы.

Поэтому компь­ютер, выполненный по этой архитектуре, не имел возможности под­ключения дополнительных устройств, не предусмотренных раз­работчиком.

Схема такой компьютерной архитектуры приведена на рисунке.

Оперативная память хранит команды и данные испол­няемых программ, АЛУ обеспечивает не только числовую обработ­ку, но и участвует в процессе ввода-вывода информации, осуществ­ляя ее занесение в оперативную память.

Канал ввода/вывода представляет собой специализированное устройство, работающее по командам, подаваемым устройством управления. Канал допускает подключение определенного числа внешних устройств.

Устройство управления обеспечивает выполнение команд программы и управляет всеми узлами системы.

Архитектура компьютера закрытого типа

Компьютеры такой архитектуры эффективны при решении чисто целительных задач. Они плохо приспособлены для реализации компьютерных технологий, требующих подключения дополнительных внешних устройств и высокой скорости обмена с ними информацией.

Вычислительные системы с открытой архитектурой. В начале 70-х гг. фирмой DEC (Digital Equipment Corporation) был предложен компьютер совершенно иной архитектуры.

Эта архитек­тура позволяла свободно подключать любые периферийные устрой­ства, что сразу же заинтересовало разработчиков систем управления различными техническими системами, так как обеспечивало свобод­ное подключение к компьютеру любого числа датчиков и исполни­тельных механизмов.

Главным нововведением являлось подключение всех устройств, независимо от их назначения, кобщей шине переда­чи информации. Подключение устройств к шине осуществлялось в соответствии состандартом шины.

Стандарт шины являлся свобод­но распространяемым документом, что позволяло фирмам- произ­водителям периферийного оборудования разрабатывать контроллеры для подключения своих устройств к шинам различных стандартов. Архитектура компьютера открытого типа, основанная на использо­вании общей шины, приведена на рис. Общее управление всей системой осуществляет центральный процессор.

Он управляет общей шиной, выделяя время другим устройствам для обмена информаци­ей. Запоминающее устройство хранит исполняемые программы и данные и согласовано уровнями своих сигналов с уровнями сигна­лов самой шины. Внешние устройства, уровни сигналов которых от­личаются от уровней сигналов шины, подключаются к ней через спе­циальное устройство -контроллер. Контроллер согласовывает сигналы устройства с сигналами шины и осуществляет управление устройством по командам, поступающим от центрального процессора.

Архитектура компьютера открытого типа

Контроллер подключается к шине специальными устройствами-портами ввода-вывода. Каждый порт имеет свой номер, и обращение к нему к нему процессора происходит, также как и к ячейке памяти, по этому номеру. Процессор имеет специальные линии управления, сигнал на которых определяет, обращается ли процессор к ячейке памяти или к порту ввода-вывода контроллера внешнего устройства.

Несмотря на преимущества, предоставляемые архитектурой с общей шиной, она имеет и серьезный недостаток, который проявлялся все больше при повышении производительности внешних устройств й возрастании потоков обмена информацией между ними.

К общей шине подключены устройства с разными объемами и скоростью обмена, в связи с чем «медленные» устройства задерживали работу «быстрых». Дальнейшее повышение производительности компьютера было найдено во введении дополнительной локальной шины,

к которой подключались «быстрые» устройства. Архитектура компьютера с общей и локальной шинами приведена на рисунке.

Архитектура компьютера с общей и локальной шиной

Контроллер шины анализирует адреса портов, передаваемые про­цессором, и передает их контроллеру, подключенному к общей или локальной шине.

Конструктивно контроллер каждого устройства размещается на общей плате с центральным процессором и запоминающим устрой­ством или, если устройство не является стандартно входящим в состав компьютера, на специальной плате, вставляемой в специальные разъемы на общей плате —слоты расширения. Дальнейшее развитие микроэлектроники позволило размещать несколько функциональных узлов компьютера и контроллеры стандартных устройств в одной микросхеме СБИС. Это сократило количество микросхем на общей плате и дало возможность ввести две дополнительные локальные шины для подключения запоминающего устройства и устройства отображения, которые имеют наибольший объем обмена с централь­ным процессором и между собой. Хотя архитектура компьютера ос­талась прежней, структура современного персонального компьютера имеет вид, представленный на рисунке.

Структура персонального компьютера

Центральный контроллер играет роль коммутатора, распре­деляющего потоки информации между процессором, памятью, устрой­ством отображения и остальными узлами компьютера. Кроме этого в состав микросхемы центрального контроллера включены устрой­ства, которые поддерживают работу компьютера. К ним относятся

системный таймер', устройство прямого доступа к памяти, которое обеспечивает обмен данными между внешними устройствами и па­мятью в периоды, когда это не требуется процессору; устройство обработки прерываний, которое обеспечивает быструю реакцию про­цессора на запросы внешних устройств, имеющих данные для пере­дачи.

Функциональный контроллер — это СБИС, которая содержит кон­троллеры для подключения стандартных внешних устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер, модем и т.д. Часто в состав этого контроллера входит такое устройство, как аудиокарта, позволяющая получить на внешних динамиках высококачественный звук при про­слушивании музыкальных и речевых файлов.

Для подключения специфических устройств часть общей шины, соединяющая центральный и функциональный контроллеры, имеет слоты расширения для установки плат контроллеров.

ввода-вывода (УВВ).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Источник: http://zdamsam.ru/a61755.html

Архитектура персонального компьютера

Архитектура персонального компьютера

На этом уроке мы с вами познакомимся с магистрально-модульным принципом построения компьютера, узнаем, что относится к основным логическим узлам компьютера, рассмотрим, какие устройства находятся на материнской плате, и многое другое.

Компьютер – это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.

К основным логическим узлам компьютера относятся центральный процессор, основная память, внешняя память, периферийные устройства.

Персональные компьютеры начали появляться благодаря развитию микропроцессоров в 1980-х годах.

Архитектура персонального компьютера – это логическая организация, структура и ресурсы, то есть средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определённый интервал времени.

В основе архитектуры современных персональных компьютеров лежит магистрально-модульный принцип. Давайте рассмотрим рисунок.

Итак, перед вами изображена архитектура персонального компьютера. На ней изображены функциональные блоки персонального компьютера, к которым относятся устройства ввода/вывода, внешние запоминающие устройства, центральный процессор, память и видеопамять.

Все эти блоки соединены между собой информационной магистралью, которая называется системной шиной. Она состоит из трёх частей: шина данных, шина адреса, шина управления. Шина данных используется для передачи данных к функциональным блокам.

Шина адреса предназначена для передачи адресов устройств, которым передаются данные. И последняя, шина управления используется для передачи управляющих сигналов, которые синхронизируют работу разных устройств.

То есть через шину передаются все данные от одного устройства к другому.

Также на рисунке у нас есть такие элементы, как контроллеры. Контроллеры – это периферийные устройства, которые управляют внешними устройствами. Передача всех данных осуществляется через шину.

Также мы можем видеть на рисунке сплошные и пунктирные стрелки. Сплошными стрелками изображены направления потоков информации, а пунктирными – направление управляющих сигналов.

В этой архитектуре существует такое значительное достоинство, как принцип открытой архитектуры. То есть мы можем подключать к компьютеру новые устройства или заменять старые на более современные. Для каждого типа и модели устройства используется свой контроллер.

Например, если мы подключим компьютерную мышь через USB-порт, то она определится у нас на компьютере только после установки в операционную систему специальной программы для управления этим устройством. Такие программы называются драйверами устройств.

Таким образом, можно сформулировать следующее определение: открытая архитектура персонального компьютера – это архитектура, предусматривающая модульное построение компьютера с возможностью добавления и замены отдельных устройств.

Это то, что касается принципов обмена информацией между устройствами.

Материнская плата – это сложная многослойная печатная плата, являющаяся основой построения вычислительной системы.

Изначально дополнительные устройства (например, внутренний модем, сетевой адаптер беспроводной связи Wi-fi, звуковая плата и так далее) подключались к материнской плате с помощью слотов расширения и разъёмов.

В наше время такая необходимость отпала, так как большинство дополнительных устройств уже встроены в современные материнские (системные) платы.

Основными (несъёмными) частями материнской платы являются разъём процессора, разъёмы оперативной памяти, микросхемы чипсета, загрузочное ПЗУ, контроллеры шин и их слоты расширения, контроллеры и интерфейсы периферийных устройств.

Важнейшей частью материнской платы является чипсет. Чипсет – это набор микросхем, который связывает память, процессор, видеоадаптер, устройства ввода/вывода и другие элементы персонального компьютера, для выполнения совместных функций.

В современных компьютерах находятся две основные большие микросхемы чипсета: контроллер-концентратор памяти (северный мост) и контроллер-концентратор ввода/вывода (южный мост).

Давайте рассмотрим схему архитектуры персонального компьютера.

Северный мост отвечает за работу процессора с оперативной памятью и видеосистемой. От его параметров (тип, частота, пропускная способность) зависят параметры подключённых к нему устройств: системной шины, оперативной памяти, видеоадаптера. Северный мост подключается напрямую к центральному процессору через системную шину.

Южный мост обеспечивает работу с внешними устройствами и обычно подключается к центральному процессору через северный мост при помощи внутренней шины.

Все устройства компьютера соединены между собой шинами различных видов.

Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различаются.

Быстродействие устройства, в свою очередь, зависит от тактовой частоты обработки данных, которая обычно измеряется в мегагерцах, и разрядности. Разрядность – это количество битов данных, обрабатываемых за один такт.

Такт – это промежуток времени между подачами электрических импульсов, которые синхронизируют работу устройств компьютера.

Пропускная способность шины – это скорость передачи данных между устройствами, которые она соединяет. А исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что скорость передачи данных различных шин будет также отличаться.

Рассмотрим формулу для вычисления пропускной способности шины (измеряется в битах в секунду). Она равна произведению разрядности шины и частоты шины.

Разрядность измеряется в битах, частота – в герцах, в свою очередь, 1 герц равен 1 такту в секунду.

Например, для быстрой работы компьютера пропускная способность шины оперативной памяти должна совпадать с пропускной способностью шины процессора.

Как говорилось ранее, Северный мост связан с процессором системной шиной. Например, если разрядность системной шины составляет 64 бита, а частота – 1066 МГц, то пропускная способность будет равна:

64 · 1066 = 68 224 Мбит/с ≈ 66,6 Гбит/с ≈ 8 Гбайт/с.

Перейдём к частоте процессора. Тактовая частота процессора показывает, сколько процессор может произвести вычислений в единицу времени. Из этого следует вывод, что чем больше частота, тем больше операций в единицу времени может выполнить процессор.

Тактовая частота современных процессоров составляет от 1 до 4 ГГц. Рассмотрим формулу. Тактовая частота равна произведению внешней или базовой частоты на определённый коэффициент. Коэффициент зависит от характеристик процессора.

Например, процессор Intel Core i7 920 использует частоту шины 133 МГц и множитель 20. Значит, тактовая частота будет равна:

133 · 20 = 2660 МГц.

Шина памяти соединяет оперативную память и северный мост, и, соответственно, служит для передачи данных между этими устройствами.

Частота шины памяти может быть больше частоты системной шины.

Следующая шина, которую мы рассмотрим, – PCI Express. Она соединяет видеоплату с северным мостом.

Так как в наше время очень быстро развивается компьютерная графика, то потребность в скорости передачи данных от видеоплаты к оперативной памяти и процессору возрастает. Наибольшее распространение получила шина PCI Express – это ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств. Её пропускная способность может достигать до 32 гигабайт в секунду.

К самой же видеоплате с помощью аналогового разъёма VGA (графический адаптер) или цифрового разъёма DVI (цифровой видеоинтерфейс) подключается монитор или проектор.

Жёсткие диски, CD-дисководы, DVD-дисководы подключаются к южному мосту при помощи шины SATA – это последовательная шина подключения накопителей.

Скорость передачи данных по ней может достигать 300 Мбайт в секунду.

Для подключения периферийный устройств (принтера, клавиатуры, сканера и других), которые имеют USB-выход, к южному мосту используется шина USB – это универсальная последовательная шина.

Её пропускная способность достигает 60 Мегабайт в секунду. При помощи шины USB к компьютеру можно одновременно подключить до 127 периферийных устройств.

При увеличении производительности процессора происходит увеличение производительности самого компьютера.

Увеличение производительности процессора происходит за счёт увеличения частоты. Но, как говорится, всему есть свой предел. При увеличении частоты процессора происходит также увеличение тепловыделения, которое не может быть не ограниченным. Выделение процессором теплоты Q пропорционально потребляемой мощности P, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату частоты.

Q ~ P ~ v2.

Поэтому для того, чтобы увеличить производительность процессора, начали увеличивать количество ядер процессора (арифметических логических устройств).

В 2005 году был создан первый двухъядерный микропроцессор. Это сделали практически одновременно две фирмы – Intel и AMD. Такая архитектура позволяет производить на персональном компьютере параллельную обработку данных, что существенно увеличивает его производительность.

Можно сказать, что в архитектуре находятся 2 центральных процессора, работа которых согласована между собой, и они объединены между собой, например, контроллером. За счёт этого поток данных идёт не к одному центральному процессору, а разделяется на два.

И увеличивается быстродействие компьютера.

В настоящее время количество ядер в микропроцессорах достигает 8.

А сейчас пришло время подвести итоги урока.

Сегодня мы с вами познакомились с магистрально-модульным принципом построения компьютера. Рассмотрели, какие устройства находятся на материнской плате. А также подробно ознакомились с архитектурой персонального компьютера.

Источник: https://videouroki.net/video/2-arhitektura-personalnogo-kompyutera.html

Открытая архитектура компьютера: понятие архитектуры вычислительного устройства, принцип открытости архитектуры

Открытая архитектура компьютера: понятие архитектуры вычислительного устройства, принцип открытости архитектуры

Основные принципы построения логической схемы и структура вычислительной машины, изложенные выдающимся математиком Джоном фон Нейманом, реализованы в первых двух (трех) поколениях ЭВМ.

Необходимо отметить огромную роль американского математика фон Неймана в становлении техники первого поколения. В отчете фон Неймана и его коллег Г. Голдстайна и А.Беркса (июнь 1946 года) были четко сформулированы требования к структуре компьютеров. Отметим важнейшие из них:

машины на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления;

· программа, как и исходные данные, должна размещаться в памяти машины;

· программа, как и числа, должна записываться в двоичном коде;

· трудности физической реализации запоминающего устройства, быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем, требуют иерархической организации памяти (то есть выделения оперативной, промежуточной и долговременной памяти);

· арифметическое устройство (процессор) конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения; создание специальных устройств для выполнения других арифметических и иных операций нецелесообразно;

· в машине используется параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над числами производятся одновременно по всем разрядам).

Практически все рекомендации фон Неймана впоследствии использовались в машинах первых двух поколений, их совокупность получила название «архитектура фон Неймана».

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом.

С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 года Джон фон Нейман.

· Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности).

· Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными).

· Принцип адресности (основная память структурно состоит из нумерованных ячеек).

Классическая архитектура ЭВМ, построенная по принципу фон Неймана (фон-неймановская архитектура) и реализованная в вычислительных машинах двух (трех) поколений, представлена ниже и содержит следующие основные блоки:

· арифметическо-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции;

· управляющее устройство (УУ), организующее процесс выполнения программ;

· внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), или память, для хранения программ и данных;

· оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

· устройства ввода и вывода информации (УВВ).

Появление ЭВМ третьего поколения было обусловлено переходом от транзисторов к интегральным микросхемам. В них не только были значительно уменьшены размеры базовых функциональных узлов, но и появилась возможность существенно повысить быстродействие процессора.

При этом возникло противоречие между высокой скоростью обмена информацией внутри ЭВМ и медленной работой устройств ввода/вывода. Решение проблемы было найдено путем освобождения центрального процессора от функций обмена и передачей их специальным электронным схемам управления работой внешних устройств.

Такие схемы имели различные названия: каналы обмена, процессоры ввода/вывода, периферийные процессоры. В последнее время все чаще используется термин «контроллер внешнего устройства», или «контроллер».

Контроллер можно представить как специализированный процессор, управляющий работой какого-либо внешнего устройства по специальным встроенным программам обмена. Например, контроллер дисковода (накопителя на магнитных дисках) обеспечивает позиционирование головки, чтение или запись информации.

Результаты выполнения каждой операции заносятся во внутренние регистры памяти контроллера и могут быть в дальнейшем прочитаны центральным процессором. CPU, в свою очередь, выдает задание на выполнение контроллеру. Дальнейший обмен информацией может происходить под руководством контроллера, без участия CPU.

Наличие таких интеллектуальных контроллеров — внешних устройств стало важной отличительной чертой ЭВМ третьего и четвертого поколений.

Шинная архитектура ЭВМ, содержащей интеллектуальные контроллеры (К), представлена на рисунке ниже.

Для связи между отдельными функциональными узлами ЭВМ используется общая магистраль — шина, состоящая из трех частей: шины данных, шины адреса и шины управления.

Следует отметить, что в некоторых моделях компьютеров шины данных и адреса объединены: на шину сначала выставляется адрес, а потом данные. Сигналы по шине управления определяют, для какой цели используется шина в каждый конкретный момент.

Такая открытость архитектуры ЭВМ позволяет пользователю свободно выбирать состав внешних устройств, т.е. конфигурировать компьютер.

Открытая архитектура в ЭВМ – это архитектура ЭВМ или периферийного устройства, на которую опубликованы спецификации, что позволяет другим производителям разрабатывать дополнительные устройства к системам с такой архитектурой.

Работа над первым персональным компьютером была закончена в 1981 году компанией IBM, и в то время IBM не придавала особого значения ПК, используя много чужих компонентов, например, операционную систему DOS от Microsoft и процессор от Intel. Ни эти компоненты, ни система ввода-вывода не были лицензированы, что в дальнейшем позволило множеству сторонних фирм, пользуясь опубликованными спецификациями, забрать у IBM огромную долю рынка персональных компьютеров.

Сегодня в основе ПК лежит открытая архитектура-то есть способ построения, регламентирующий и стандартизирующий только описание принципа действия компьютера и его конфигурации, что позволяет собирать его из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями.

Принцип открытой архитектуры также предусматривает наличие в компьютере внутренних слотов расширения.

ПК легко расширяется и модернизируется с использованием этих гнезд, к которым пользователь может подключать разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым конфигурировать свою машину в соответствии с личными предпочтениями.

Для того чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс Интерфейс – это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой. Если интерфейс является общепринятым, например, утвержденным на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.

Каждый из функциональных элементов, таких как память, монитор или другое устройство, связан с шиной определенного типа – адресной, управляющей или шиной данных.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры или адаптеры и порты.

контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью достижения совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме того, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

Открытость этого конструктора заключается в том, что все спецификации взаимодействия внешних устройств с контроллерами, а также контроллеров с системной платой и т.д., доступны всем желающим. Поэтому независимые производители могут разрабатывать различные дополнительные устройства, что резко увеличивает популярность компьютера.



Источник: https://infopedia.su/9x41fe.html

Open Library — открытая библиотека учебной информации

Компьютеры 40-х и 50-х годов были очень большими устройствами – огромные залы были заставлены шкафами с электронным оборудованием.

Все это стоило очень дорого, в связи с этим компьютеры были доступны только крупным компаниям и учреждениям.

При этом в борьбе за покупателœей фирмы, производившие компьютеры и электронное оборудование для них, стремились сделать свою продукцию быстрее, компактнее и дешевле.

Первый шаг к уменьшению размеров компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 ᴦ. транзисторов. В серединœе 50-х годов были найдены очень дешевые способы производства транзисторов, и во второй половинœе 50-х годов появились компьютеры, основанные на транзисторах. Οʜᴎ были в сотни раз меньше ламповых компьютеров такой же производительности.

К серединœе 60-х годов появились и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 ᴦ. первый миникомпьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью 20 тыс. дол. К этому времени был подготовлен еще один шаг к миниатюризации компьютеров – были изобретены интегральные схемы.

В 1959 ᴦ. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел метод, позволивший создавать на одной пластинœе и транзисторы, и всœе необходимые соединœения между ними. Полученные электронные схемы стали называть интегральными схемами, или чипами.

В 1970 ᴦ. Маршиан Эдвард Хофф из Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004. Его возможности были очень малы по сравнению с процессорами большой ЭВМ, однако компания Intel выпускала новые модели процессоров.

В 1974 ᴦ. Intel выпустила процессор Intel-8080, который до конца 70-х годов стал стандартом для микропроцессорной индустрии.

Вначале эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и в различных специализированных устройствах. Но в 1974 ᴦ. несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 компьютера. (i8080 — ϶ᴛᴏ модифицированная версия i8008).

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM, и в 1979 ᴦ. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.

Прежде всœего, в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel-8088.

Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мб памяти, а всœе имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 кб.

В компьютере были использованы комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение поручили разработать небольшой фирме Microsoft.

В августе 1981 ᴦ. новый компьютер под названием IBM PC был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователœей. Фактически IBM PC стал стандартом персонального компьютера.

В случае если бы IBM PC был сделан аналогично тому, как другие компьютеры, он бы устарел через 2-3 года (к примеру, как пылесос или телœевизор). При этом, в IBM PC была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств.

Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично конструктору. При этом методы сопряжения устройств с компьютером IBM PC были доступны всœем желающим.

Этот принцип, называемый принципом открытой архитектуры,наряду с другими достоинствами обеспечил потрясающий успех компьютера, но лишил фирму IBM возможности единолично пользоваться плодами этого успеха.

На основной электронной плате компьютера – материнской плате –размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие всœеми остальными устройствами компьютера – монитором, дисками, принтером и т.д.

, реализованы на отдельных платах (контроллерах), которые вставляются в стандартные разъемы на материнской плате – слоты.

К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности всœе это заключается в общий металлический или пластмассовый корпус.

Открытость архитектуры этого компьютера состоит по сути в том, что всœе спецификации взаимодействия внешних устройств с контроллерами, контроллеров с материнской платой и т.д.

доступны всœем желающим.

По этой причине любая фирма может начать производство какого-либо контроллера, или внешнего устройства, или материнской платы, не беспокоясь обо всœех остальных частях компьютера.

Наибольшую выгоду от открытости архитектуры получили пользователи:

  1. Конкуренция между производителями комплектующих привела к их удешевлению, а, следовательно, и к удешевлению компьютеров.
  2. Пользователи смогли самостоятельно расширять возможности своих компьютеров, покупая соответствующие устройства и подсоединяя их в свободные разъемы на материнской плате.
  3. Открытость архитектуры привела к появлению множества «IBM PC совместимых компьютеров», что также привело к снижению цен на компьютеры, повышения их качества и расширению выбора.

Может быть, некоторые из вас удивлены, почему всœе перечисленные мной компьютеры имеют собственные имена. Дело в том, что тогда компьютеры можно было пересчитать по пальцам, это были очень редкие и дорогие машины. К тому же, в их разработку было вложено много труда и денег, в связи с этим неудивительно, что они для своих создателœей были как дети и им давали имена.

Источник: http://oplib.ru/kompyuteri/view/264935_principy_raboty_pk_princip_otkrytoy_arhitektury

Ссылка на основную публикацию