Состав и функции микропроцессора ПК

Персональные компьютеры представляют наиболее многочисленный и разнообразный по составу класс ЭВМ. Они используются при решении самых разных задач не только профессиональными программистами, но и специалистами других областей знаний и деятельности.

К ПК (или ПЭВМ) относится ЭВМ, управляемая одним пользователем и предоставляющая пользователю в каждом сеансе работы все свои ресурсы.

К особенностям, отличающим ПК от других ЭВМ, следует отнести:

1. Универсальный характер использования, в соответствии с которым на ПК могут решаться экономические, научные, производственно-технические, конструкторско-технологические и другие задачи в различных сферах человеческой деятельности.

2. Модульный характер построения архитектуры ПК, позволяющий формировать техническую конфигурацию, определять состав внутренних и внешних устройств ПК в зависимости от характера решаемых задач, требований пользователя и финансовых возможностей.

3. Развитость и разнообразие программного обеспечения (ПО), направленные на решение задач из различных областей знаний и деятельности человека.

4. Небольшие габариты, высокая надежность работы, отсутствие специальных требований к условиям эксплуатации и наличие «дружественного» человеко-машинного интерфейса, дающие возможность устанавливать ПК на рабочие места пользователя.

Первоначально основным признаком ПК служило наличие в нем микропроцессора (МП), выполненного в виде одной микросхемы. В настоящее этот признак перестал быть определяющим, так как МП используются во всех классах ЭВМ.

Классификация ПК. ПК классифицируются по следующим признакам:

1. По размеру ПК делятся на стационарные (Desktop) и переносные ПК. В состав переносных ПК включаются портативные (Laptop), блокнотного типа (Notebook, Netbook) и карманные (Palmtop) ПК.

2. По типу используемых МП различают ПК, построенные на процессорах с расширенной системой команд - CISC-процессорах (CISC – Complete Instruction Set Computer), и ПК, основанные на процессорах с сокращенным набором команд – RISC-процессорах (RISC – Reduce Instruction Set Computer). К первой группе ПК относятся ПК с Intel-совместимой архитектурой. Во вторую группу входят ПК Macintosh на МП Power PC (более ранние модели ПК Macintosh выпускались на базе МП Motorola 680х0), компьютеры SUN с процессорами SPARC-архитектуры, компьютеры DEC c МП Alpha и другие менее распространенные ПК.

Необходимо обратить внимание, что приведенные ПК представляют не отдельные модели, а программно совместимые «сверху-вниз» семейства поколений компьютеров. В дальнейшем материал главы будет относиться только к Intel-совместимым ПК.

3. Классификация ПК по поколениям МП включает для Intel-совместимых ПК следующие поколения: 8086/8088, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV, Сore. В каждом поколении имеются различные модификации моделей МП, различающиеся структурой, техническими характеристиками и ценой.

4. Классификация ПК по назначению устанавливает четыре группы ПК:

- массовые ПК, к категории которого также относятся рабочие станции клиентов вычислительных сетей;

- специализированные ПК, ориентированные на работу в конкретных предметных областях, например в области медицины, дизайнерской работе и т.д.

- мультимедийные ПК;

- компьютеры, выполняющие функции серверов в вычислительных сетях.

Архитектура ПК.Структуру ПК рассмотрим на примере обобщенной схемы технической конфигурации ПК, представленной на рис.3.6 Устройства, составляющие внутреннюю конфигурацию ПК, располагаются на системной плате.

К основным устройствам внутренней конфигурации относят: микропроцессор (МП), оперативную память, основной набор микросхем (ChipSet –набор микросхем), КЭШ-память, а также интерфейсные шины, используемые для связи устройств между собой: системную шину, шины ISA (Industry Standart Architecture – архитектура промышленного стандарта), PCI (Peripheral Component Interconnect – соединение внешних устройств), USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина), PCI Express, генератор тактовых импульсов (ГТИ), адаптеры и порты ввода-вывода.

Микропроцессор представляет собой сверхбольшую интегральную схему, предназначенную для выполнения всех арифметико-логических операций, заданных программой, управления вычислительным процессом и координации работы всех устройств компьютера.

Основной набор микросхем (чипсет) включает системный и функциональный контроллеры и микросхемы, которые определяют основу работы материнской (системной) платы. Системный контроллер обеспечивает передачу данных по системной шине и, соответственно, обмен данными с процессором и кэш-памятью, а также передачу данных по шине памяти и обмен данными с оперативной памятью и с видеоконтроллером. Функциональный контроллер осуществляет обмен данными с системным контроллером и со всеми периферийными устройствами компьютера за исключением монитора. Именно от чипсета зависит, с какими типами процессоров работает материнская плата, какой максимальный объем оперативной памяти, какова скорость обмена данными по шинам компьютера.

Системная шина является основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:

- шину данных, содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода;

-шину адреса, состоящую из проводов и схем сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

- шину управления для передачи управляющих сигналов во все блоки компьютера.

Внешние или периферийные устройства ПК подключаются к интерфейсным шинам через адаптеры (или контроллеры) и предназначены для организации интерфейса ПК с пользователем, осуществления операций ввода-вывода и хранения данных. Помимо адаптеров, которые являются чисто техническими устройствами, для работы внешних устройств необходимы еще и специальные программы, которые называются драйверами. Таким образом управление работой внешних устройств, синхронизация их работы с работой других внутренних и внешних устройств ПК осуществляется адаптерами и драйверами. Во многом, благодаря разнообразным внешним устройствам, обеспечивается универсальность использования ПК в различных областях деятельности человека.