Архитектура компьютеров

Архитектура– это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его основных функциональных узлов.

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип.

Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию.

Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и устройства хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Микропроцессор

Оперативная память

Шина данных (8, 16, 32, 64 бита)

Шина управления

Шина адреса

Магистраль

Устройства ввода

Внешняя память

Устройства вывода

Сетевые устройства

Магистрально-модульное устройство компьютера

Микропроцессор – выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Оперативная память – (RAM – англ. Random Access Memory – память с произвольным доступом) — часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся программы в процессе их выполнения и данные в процессе их обработки процессором.

Устройства ввода – оборудование, с помощью которого можно вводить данные: клавиатура, мышь, джойстик, трекбол, тачпад, световое перо, сенсорные экраны, сканеры, цифровые камеры ТВ-тюнеры, системы распознавания речи, сенсорные датчики,.

Устройства вывода – оборудование, с помощью которого можно выводить данные: мониторы, принтеры, плоттеры, колонки, системы синтеза человеческого голоса.

Внешняя память – используется для постоянного хранения информации – программ и данных: накопитель на жестких магнитных дисках (HDD – Hard Disk Drive), или винчестер, дисководы для компакт-дисков (CD и DVD).

Сетевые устройства – необходимы для подключения компьютера к сети: сетевые адаптеры, каналы связи, устройства, поддерживающие функционирование сети (маршрутизаторы, концентраторы, коммутаторы).

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины:

шину данных,

шину адреса,

шину управления,

которые представляют собой многопроводные линии.

Шина данных

По этой шине данные передаются между различными устройствами.

Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения.

Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно.

Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники и в настоящее время составляет 64 бита.

Шина адреса

Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор.

Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес.

Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении – от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.

Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

N = 2^I

где I - разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 64 бита.

Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:

N = 2⁶⁴ ячеек

Шина управления

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали.

Сигналы управления показывают, какую операцию - считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

Хранение информационных объектов различных видов на различных цифровых носителях. Магнитные цифровые носители информации. Магнитный принцип записи и считывания информации. Гибкие и жесткие магнитные диски.

Информация, закодированная с помощью естественных и формальных языков, а также информация в форме зрительных и звуковых образов хранится в памяти человека. Однако для долговременного хранения информации, ее накопления и передачи из поколения в поколение используются носители информации.

Носитель информации (информационный носитель) — любой материальный объект или среда, используемый для хранения или передачи информации.

Материальная природа носителей информации может быть различной: молекулы ДНК, которые хранят генетическую информацию; бумага, на которой хранятся тексты и изображения; магнитная лента, на которой хранится звуковая информация; фото- и кинопленки, на которых хранится графическая информация; микросхемы памяти, магнитные и лазерные диски, на которых хранятся программы и данные в компьютере, и так далее.

Все носители информации применяются для: записи, хранения, чтения, передачи информации. Самым распространенным носителем информации до недавнего времени была бумага. Но время идет, и качество бумажных носителей перестало устраивать современное общество, озабоченное все возрастающим и возрастающим количеством информации.

По оценкам специалистов, объем информации, фиксируемой на различных носителях, превышает один эксабайт в год (10¹⁸ байт/год). Примерно 80% всей этой информации хранится в цифровой форме на магнитных и оптических носителях и только 20% – на аналоговых носителях (бумага, магнитные ленты, фото- и кинопленки).

Любая компьютерная информация на любом носителе хранится в двоичном (цифровом) виде. Независимо от вида информации (текст, графика, звук) – ее объем можно измерить в битах и байтах.

Цифровые носители информации — устройства, предназначенные для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом виде.

На первых компьютерах для цифрового представления вводимых данных использовались бумажные носители – перфокарты (картонные карточки с отверстиями) и перфоленты.