в чем заключается принцип открытой архитектуры компьютера

Архитектура ПК IBM и что такое принцип открытой архитектуры

Проектирование любого устройства ведется по какой-либо схеме, принципу или архитектуре. Так же и с ПК IBM, где присутствует собственная архитектура производства устройств, которую принято называть «открытой». Именно компания IBM принесла данную структуру в производство компьютеров.

Именно эта компания ввела в производство компьютеров философию открытой архитектуры ПК, которую так и прозвали — «архитектура IBM».

Что такое архитектура ПК от IBM

Архитектура ПК от IBM несет в себе 3 главных принципа:

конструкция устройства должна предусматривать возможность расширения возможностей системы;

изменени я внутри системы не должны требовать лицензионных соглашений или затрат;

пользователь самостоятельно может изменять базовые возможности компьютерной системы.

То ест ь о ткрытая архитектура компьютера подразумевает наличие системы, которую пользователь может самостоятельно изменить или настроить. К примеру, пользователь покупает компьютер с базовым набором компонентов, но спустя какое-то время возможности системы его не устраивают или морально устаревают. Он может самостоятельно заменить компоненты системы на более мощные и современные, тем самым улучшив свое устройство. В закрытых системах такое действие нельзя выполнить, поэтому в случае морального устаревания устройств а е го нужно будет только заменить на новое.

Архитектура ПК от IBM: основы

Основы архитектуры IBM для ПК:

присутствует центральный процессор Intel и/или совместимые с ним процессоры других производителей;

регламентируется процедура стартового запуска системы;

есть механизм собственного конфигурирования системы;

присутствует реестр системы, где хранятся сведения о конфигурации устройства;

блочная организация памяти в устройстве, к которой организован прямой доступ;

наличие нормативов, которые описывают конструкцию компьютера, режимы работы, протоколы по обмену данными и др.

Альтернатива открытой архитектуре от IBM

Отличительн ая особенност ь такой архитектуры — компания-производитель контролирует все компоненты и программное обеспечение компьютера. То есть пользователь не может совершить апгрейд устройства, а может только заменить его на новое с улучшенными характеристиками. Пользователь также не может сменить операционную систему компьютер а н а ту, которая ему по душе, а только на ту, что предлагает производитель компьютера.

Заключение

Открытая архитектура для ПК от IBM несет в себе некую свободу для пользователей, которые самостоятельно могут собирать устройства своими руками, ч его не скажешь о закрытой архитектуре, где об этом уже позаботились производители.

Мы будем очень благодарны

если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.

Источник

Принцип открытой архитектуры

ПЕРСОНАЛЬНЫМ КОМПЬЮТЕРОМ (сокращенно ПК или РС, произносится «пи-си», англ. Реrsonal Сomputer) НАЗЫВАЮТ НЕБОЛЬШУЮ ЭВМ, ОРИЕНТИРОВАННУЮ НА НЕСПЕЦИАЛИСТА В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ.

До появления персональных компьютеров инженеры, ученые, экономисты, представители других профессий общались с ЭВМ только с помощью посредников- инженеров-системотехников и программистов, поскольку работа на ЭВМ старых типов требовала специальной подготовки. С появлением персональных ЭВМ необходимость в таком посредничестве отпала, так как процесс общения с ЭВМ значительно упростился. Кроме того, произошло снижение их стоимости. В связи с этим, персональные компьютеры стали такими же привычными на рабочих местах инженеров, ученых, секретарей и менеджеров как, например, телефоны.

В конце 70-х годов 20 века получили распространение персональные компьютеры, что послужило причиной снижения спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Мировым лидером в выпуске ЭВМ была фирма IBM (International Business Machines Corporation). Падение спроса на ЭВМ подтолкнуло руководство IBM пойти на эксперимент – разработку и создание персонального компьютера.

Однако отношение руководства фирмы к новому проекту было несерьезным – что-то типа одного из мероприятий по созданию нового оборудования, которые в огромном количестве проводились на фирме. Чтобы не вкладывать в проект с «туманной» перспективой много средств, руководство фирмы предоставило подразделению по реализации данного проекта непривычную для фирмы свободу.

Свобода, например, состояла в том, чтобы не заниматься разработкой персонального компьютера (ПК) «с нуля», а воспользоваться готовыми блоками других (!) фирм. Сотрудники подразделения стали выбирать лучшие предложения, имеющиеся на тот момент.

Поэтому в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новенький тогда микропроцессор Intel-8088 (известнейшей на сегодняшний день фирмы Intel). На тот момент это был лучший микропроцессор. Он позволял работать с 1 мегабайтом памяти, тогда как другие компьютеры работали только с 64 килобайтами памяти. Другие комплектующие тоже были выбраны в различных фирмах по принципу «все самое лучшее». Что касается программного обеспечения (софта), то его было предложено создать небольшой фирме Microsoft.

В августе 1981 года компьютер, собранный из комплектующих различных фирм, был выпущен под названием IBM PC и вскоре после этого он приобрел большую популярность. А через год-два компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке и стал стандартом персонального компьютера. Кстати, выражение «совместимый с IBM PC» означает, что компьютер выпущен другой фирмой (не IBM), но по стандарту IBM PC.

В IBM PC изначально была заложена возможность апгрейда (замена отдельных частей на более совершенные) и использование новых устройств. Сборка компьютера из независимо изготовленных частей происходит аналогично детскому конструктору. Кстати, методы сопряжения различных устройств с компьютером IBM PC были также доступны всем желающим и не являлись секретными сведениями.

Вот этот принцип детского конструктора, собственно говоря, и является принципом открытой архитектуры. Благодаря ему, компьютер IBM PC приобрел бешеный успех, но лишил фирму монополии на этот компьютер.

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.

Но в наилучшем положении из-за применения принципа детского конструктора оказались пользователи ПК. Выгода пользователей от заложенного в ПК принципа открытой архитектуры состоит в следующем:

Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры.

Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:

Выгоды открытой архитектуры:

Недостатки:Могут возникнуть проблемы совместимости

ПРЕИМУЩЕСТВА ОТКРЫТОЙ АРХИТЕКТУРЫ ЗАКЛЮЧАЮТСЯ В ТОМ, ЧТО ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ ПОЛУЧАЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ:

1) ВЫБРАТЬ КОНФИГУРАЦИЮ КОМПЬЮТЕРА. Действительно, если Вам не нужен принтер, или не хватает средств на его приобретение, никто не заставляет Вас его покупать вместе с новым компьютером. Раньше было не так,- все устройства продавались единым комплектом, причем какого-то определенного типа, так, что выбрать или заменить что-то было невозможно.

2) РАСШИРИТЬ СИСТЕМУ, ПОДКЛЮЧИВ К НЕЙ НОВЫЕ УСТРОЙСТВА. Например, накопив денег и купив принтер, Вы легко сможете подключить его к Вашему компьютеру.

3) МОДЕРНИЗИРОВАТЬ СИСТЕМУ, ЗАМЕНИВ ЛЮБОЕ ИЗ УСТРОЙСТВ БОЛЕЕ НОВЫМ. Действительно, не нужно для этого выбрасывать весь компьютер! Достаточно вместо одного устройства подключить другое. В частности, можно заменить материнскую плату, чтобы из компьютера на базе процессора старого типа получить компьютер на базе процессора нового типа.

Источник

Принцип открытой архитектуры компьютера

Вы будете перенаправлены на Автор24

Принцип открытой архитектуры компьютера — это архитектурное построение, которое позволяет выполнять сборку, модернизацию и ремонтные работы компьютера по его отдельным модульным элементам.

Общие сведения

В 1975 году был спроектирован и собран первый персональный компьютер, который стал революционным событием для общественной и промышленной сферы жизни человечества. Прежде электронная вычислительная машина (ЭВМ) была доступна только большим предприятиям или крупным научно – исследовательским центрам. Маленьким организациям было не по карману приобретать стационарные ЭВМ.

Персональные электронные вычислительные машины (ПЭВМ) принадлежат к категории компьютеров личного (индивидуального) использования. То есть, они превратились в общедоступный инструментарий, который позволяет в разы повысить эффективность умственного (и не только) труда. Решая похожие задачи, разные ЭВМ, при этом, жёстко конкурировали между собой, как и производящие их компании. Разные фирмы искали различные технологические и конструкторские решения для улучшения своей продукции. И само собой, найденные решения имели гриф секретности, и мало кто был осведомлён как функционирует тот или иной компьютер, который, к тому же, представлял собой монолитный блок, не подлежащий усовершенствованию и изменению комплектации. Архитектурные особенности реализации компьютера были недоступны простым пользователям.

Принцип открытой архитектуры компьютера

Революционным событием стало решение ведущей компьютерной фирмы IBM спроектировать и собрать компьютер с указанной в его паспорте архитектурой. Это был компьютер IBM PC (на основе процессора Intel-8086), поступивший в продажу в 1981 году. Отдельно было подчёркнуто, что этот компьютер возможно подвергнуть модернизации, устанавливая разные дополнительные блоки и устройства периферии или просто меняя их на более совершенные.

Затем другие компании стали проектировать компьютеры, которые были совместимы с IBM PC, и это возвело его в ранг стандарта компьютерной техники. Существует, однако, мнение, что этот, по сути революционный, поступок погубил компанию IBM. Сегодня её часть компьютерного рынка бесконечно маленькая, но зато термин «IBM-PC-совместимый», навечно вписал имя этой компании в историю развития компьютерной техники.

Принципиальная позиция открытой архитектуры состоит в том, что компьютерные компании не делают тайны из комплектации компьютера, и она может быть легко изменена или модернизирована. Это обстоятельство позволяет менять какой-либо модуль в компьютере, не заботясь о его совместимости с данной компьютерной модификацией.

Готовые работы на аналогичную тему

Говоря иначе, если пользователь хочет улучшить параметры компьютера, то ему достаточно искать модуль (деталь) с лучшими характеристиками, не обращая внимания на то, кто является производителем (конечно, при условии, что этот модуль принадлежит к IBM-совместимым устройствам). Около 85% на рынке компьютеров принадлежит компьютерам, разработанным на базе открытости архитектуры.

Одним из примеров компьютеров, выполненных без применения открытости, могут служить компьютеры компании Apple. Они не имеют широкого распространения в Российской Федерации по причине высокой цены и несовместимости программного обеспечения. Но с другой стороны, на высоком уровне находится безопасность данных пользователей этих компьютеров, так как достаточно проблематично осуществить взлом «закрытой архитектуры».

Новый импульс открытая архитектура получила с развитием сети интернет. А конкретнее, любое оборудование, которое подключено к персональному компьютеру, может быть использовано в многопользовательском режиме. Каждый персональный компьютер имеет в интернете свой уникальный адрес и у каждого модуля ввода-вывода он тоже есть. Это означает, что комбинация адреса персонального компьютера и модуля ввода-вывода позволяет открыть доступ ко всем открытым для общественного пользования устройствам.

В целях безопасности личных данных, пользователям необходимо помнить об этих свойствах открытой архитектуры компьютера и тщательно отстраивать доступ к периферийным устройствам. К примеру, все жёсткие диски или какие-либо каталоги на них могут стать доступными через внешние сети при помощи закладки «Доступ» в разделе «Свойства». Таким же образом может быть открыт доступ и к другому различному оборудованию (принтеру, сканеру и тому подобное). Естественно, глупо предполагать, что кому-то потребуется распечатать что-то на удалённом принтере без возможности забрать распечатки, но вот данные с жёсткого диска вполне вероятный объект кражи. Там может быть чья-то личная информация, пароли доступа и тому подобное, что не обязательно должно быть доступно широкому кругу людей. Возможен также вариант случайного доступа, когда, к примеру, системный программист, обслуживая компьютер, открыл для себя доступ к памяти компьютера, а затем позабыл выключить его по завершению всех процедур по обслуживанию.

Комплектация компьютера

Персональный компьютер сегодняшнего дня имеет в своём составе системный блок, монитор, клавиатуру и «мышку». Эти четыре компонента являются так называемой базовой конфигурацией персонального компьютера.

К системному блоку возможно подключение разнообразной периферии при помощи разнообразных разъёмных соединений. В системном блоке расположена системная, иначе материнская, плата, которая является наиболее объёмной электронной схемой. Она синхронизирует функционирование всех других компонентов компьютера, формируя их в единый комплекс. На материнской плате расположены все другие компьютерные модули, которые соединяются с ней через различные разъёмы. Оперативная память предназначена для сохранения временной информации и построена как внутренняя энергозависимая структура. В реальности это одна или набор маленьких плат, которые вставляются в предназначенные для них разъёмы на материнской плате.

Источник

Вопрос: 1. Принцип открытой архитектуры. Системная плата ЭВМ: назначение, устройство, перспективы развития.

Вопрос: 1. Принцип открытой архитектуры. Системная плата ЭВМ: назначение, устройство, перспективы развития.

Принцип открытой архитектуры заключается в следующем: Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определённая совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями. Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, и, тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.

Интерфейс — это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой.

Системная (материнская) плата является важнейшим элементом персонального компьютера, служит для объединения и организации взаимодействия других компонентов. По сути, выбор конфигурации компьютера начинается именно с выбора системной платы. Ее основными параметрами являются: форм-фактор, поддерживаемый процессорный интерфейс, типы и объем поддерживаемой системной (оперативной и кэш) памяти, поддерживаемый интерфейс видеоадаптера, поддерживаемые интерфейсы накопителей, интерфейсы общего назначения (ввода-вывода, клавиатуры, USB, IEEE 1394 и др.), тип BIOS. В качестве дополнительных часто выступают встроенные графические, звуковые, коммуникационные средства. Основные параметры системной платы большей частью определяются системным набором (чипсетом). Именно он является «ядром» всей компьютерной системы. Остальные элементы важны, но даже самая лучшая «навеска» не может компенсировать неудачные решения, заложенные в системном наборе.

Вопрос: 2. Понятие об архитектуре ЭВМ. Модель фон Неймана: основные принципы построения.

Понятие “архитектура ЭВМ”

Термин “архитектура” используется в популярной литературе по вычислительной технике достаточно часто, однако определение этого понятия и его содержание могут у разных авторов достаточно различаться. Разберемся в этом вопросе более тщательно.

Начать целесообразно с происхождения термина. Слово “архитектура” в изначальном своем смысле используется в градостроении. Будучи достаточно сложной структурой, современный город состоит из районов, площадей, улиц, домов и т.п., расположенных определенным образом. Жителей города обычно мало интересует, как выглядит конкретный дом и из каких материалов он построен. Зато очень важно знать район, где этот дом расположен, улицы, ведущие к нему, и транспорт, пользуясь которым можно сократить время в пути.

Для того, чтобы ориентироваться в хитросплетении улиц и площадей, в любом городе существует исторически сложившаяся система названий, а также определенная нумерация домов. Наличие общепринятой адресации позволяет однозначно определить положение любого строения и в случае необходимости быстро отыскать его. Именно на существовании такой адресной системы построена работа почты. Во многих случаях расположение улиц и присвоение им имен носит беспорядочный характер. В то же время бывает, что эта деятельность тщательно продумана и является продолжением общей планировки города, т.е. фактически частью его архитектуры. Классическим примером может служить известная система взаимно-перпендикулярных улиц (авеню и стриты) города Нью-Йорка. Помимо чисто практической, архитектура города может иметь еще и художественную ценность (что обычно больше интересует приезжих). Но этот аспект понятия “архитектура” вряд ли переносим на вычислительную технику.

Используя аналогию с градостроительством, естественно понимать под архитектурой ЭВМ ту совокупность их характеристик, которая необходима пользователю. Это, прежде всего, основные устройства и блоки ЭВМ, а также структура связей между ними. И действительно, если заглянуть, например, в “Толковый словарь по вычислительным системам”, мы прочтем там, что термин “архитектура ЭВМ используется для описания принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ (вследствие чего термин “архитектура” оказывается ближе к обыденному значению этого слова)”.

Однако описание внутренней структуры ЭВМ вовсе не является самоцелью: с точки зрения архитектуры представляют интерес лишь те связи и принципы, которые являются наиболее общими, присущими многим конкретным реализациям вычислительных машин. Часто говорят даже о семействах ЭВМ. т.е. группах моделей, совместимых между собой. В пределах одного семейства основные принципы устройства и функционирования машин одинаковы, хотя отдельные модели могут существенно различаться по производительности, стоимости и другим параметрам. Ярким примером могут служить различные модификации компьютеров PDP фирмы DEC (более известные нашим пользователям по отечественным аналогам – серии ДВК), семейство MSX-машин, к которому принадлежит широко распространенная YAMAHA, а также заполонившие мир IBM-совместимые персональные компьютеры.

Именно то общее, что есть в строении ЭВМ, и относят к понятию архитектуры. Важно отметить, что целью такой общности в конечном счете служит вполне понятное стремление: все машины одного семейства, независимо от их конкретного устройства и фирмы-производителя, должны быть способны выполнять одну и ту же программу (на практике из-за постоянного роста вычислительной мощности техники чаще используется менее жесткий принцип совместимости снизу вверх: все программы данной модели выполнимы на более старших). Отсюда неизбежно следует вывод, что с точки зрения архитектуры важны не все сведения о построении ЭВМ, а только те, которые могут как-то использоваться при программировании и “пользовательской” работе с ЭВМ. Равно как максимально подробная архитектура города не нуждается в описании марок кирпичей, из которых построены дома, и растворов, которыми эти кирпичи скреплены, так и архитектура ЭВМ не содержит описания электронных схем, других деталей реализации, “невидимых” для пользователя (например, внутреннего ускорителя доступа к памяти).

Ниже приводится перечень тех наиболее общих принципов построения ЭВМ, которые относятся к архитектуре:

• структура памяти ЭВМ;

• способы доступа к памяти и внешним устройствам;

• возможность изменения конфигурации компьютера;

• система команд;

• форматы данных;

• организация интерфейса.

Суммируя все вышеизложенное, получаем следующее определение архитектуры:

“Архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов”.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман. Он подключился к созданию первой в мире ламповой ЭВМ ENIAC в 1944 г., когда ее конструкция была уже выбрана. В процессе работы во время многочисленных дискуссий со своими коллегами Г. Голдстайном и А. Берксом фон Нейман высказал идею принципиально новой ЭВМ. В 1946 г. ученые изложили свои принципы построения вычислительных машин в ставшей классической статье “Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства”. С тех пор прошло полвека, но выдвинутые в ней положения сохраняют актуальность и сегодня.

В статье убедительно обосновывается использование двоичной системы для представления чисел (нелишне напомнить, что ранее все вычислительные машины хранили обрабатываемые числа в десятичном виде). Авторы убедительно продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. В дальнейшем ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации – текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.

Еще одной поистине революционной идеей, значение которой трудно переоценить, является предложенный Нейманом принцип “хранимой программы”. Первоначально программа задавалась путем установки перемычек на специальной коммутационной панели. Это было весьма трудоемким занятием: например, для изменения программы машины ENIAC требовалось несколько дней (в то время как собственно расчет не мог продолжаться более нескольких минут – выходили из строя лампы). Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде набора нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно объединяемые в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода. Схема устройства такой ЭВМ представлена на рис. 1. Следует отметить, что внешняя память отличается от устройств ввода и вывода тем, что данные в нее заносятся в виде, удобном компьютеру, но недоступном для непосредственного восприятия человеком. Так, накопитель на магнитных дисках относится к внешней памяти, а клавиатура – устройство ввода, дисплей и печать – устройства вывода.

Устройство управления и арифметико-логическое устройство в современных компьютерах объединены в один блок – процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств (сюда относятся выборка команд из памяти, кодирование и декодирование, выполнение различных, в том числе и арифметических, операций, согласование работы узлов компьютера). Более детально функции процессора будут обсуждаться ниже.

Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. Запоминающее устройство у современных компьютеров “многоярусно” и включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы), и внешние запоминающие устройства (ВЗУ) гораздо большей емкости, чем ОЗУ. но с существенно более медленным доступом (и значительно меньшей стоимостью в расчете на 1 байт хранимой информации). На ОЗУ и ВЗУ классификация устройств памяти не заканчивается – определенные функции выполняют и СОЗУ (сверхоперативное запоминающее устройство), и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), и другие подвиды компьютерной памяти.

В построенной по описанной схеме ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти. из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в УУ. Его наличие также является одним из характерных признаков рассматриваемой архитектуры.

Разработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальными, что получили в литературе название “фон-неймановской архитектуры”. Подавляющее большинство вычислительных машин на сегодняшний день – фон-неймановские машины. Исключение составляют лишь отдельные разновидности систем для параллельных вычислений, в которых отсутствует счетчик команд, не реализована классическая концепция переменной и имеются другие существенные принципиальные отличия от классической модели (примерами могут служить потоковая и редукционная вычислительные машины).

По-видимому, значительное отклонение от фон-неймановской архитектуры произойдет в результате развития идеи машин пятого поколения, в основе обработки информации в которых лежат не вычисления, а логические выводы.

По такому принципу построены современные компьютеры. На рисунке 1.4.3.1 показана 2-х шинная структура ЭВМ, в которой выделена одна шина для памяти, а вторая шина используется для подключения устройств ввода- вывода.

Поскольку общая шина работает на частоте самого медленного устройства, подключённого к ней, а память и периферийные устройства значительно отличаются скоростными характеристиками (быстродействие памяти намного выше быстродействия УВВ и ВЗУ), поэтому разделение шин является логичным. При 2-х шинной организации низкоскоростные устройства не ограничивают скорость обмена высокоскоростных устройств, при этом шина памяти должна обладать более высокой пропускной способностью, чем шина ввода- вывода.

В некоторых компьютерах число шин достигает трех и даже более, причем они образуют иерархию. Одна шина выделяется для низкоскоростных устройств типа принтеров, модемов, другая шина, более скоростная, для высокоскоростных периферийных устройств типа магнитных и оптических дисков, графических адаптеров, и третья шина, наиболее быстродействующая, используется для взаимодействия процессора с памятью. На вершине иерархии находится шина памяти, к которой через блок сопряжения (мост) подключают высокоскоростную периферийную шину, к которой, в свою очередь, через другой мост подключают шину ввода-вывода. Подобную архитектуру ЭВМ называют мезанинной (т.е. с надстройкой). Она характерна для большинства современных ЭВМ, в том числе и компьютеров на основе процессоров Pentium.

Типы шин в современных ЭВМ.

Существует определенная иерархия шин ПК, которая выражается в том, что каждая более медленная шина соединена с более быстрой шиной. Современные компьютерные системы включают в себя три, четыре или более шин. Каждое системное устройство соединено с какой-либо шиной, причем определенные устройства (чаще всего это наборы микросхем) выполняют роль моста между шинами.

— Шина процессора. Эта высокоскоростная шина является ядром набора микросхем и системной платы. Используется в основном процессором для передачи данных между кэш-памятью или основной памятью и северным мостом набора микросхем. В системах на базе процессоров Pentium эта шина работает на частоте 66, 100, 133, 200, 266, 400, 533, 800 МГц и имеет ширину 64 разряда (8 байт).

— Шина AGP. Эта 32-разрядная шина работает на частоте 66 (AGP 1х), 133 (AGP 2х), 266 (AGP 4х) или 533 МГц (AGP 8x) и предназначена для подключения видеоадаптера. Она подключается к северному мосту или Memory Controller Hub (MCH) набора микросхем системной логики.

— Шина PCI-X. Это второе поколение шины PCI, которое обеспечивает более высокую скорость передачи данных, но при этом обратно совместимо с PCI. Данная шина преимущественно применяется в рабочих станциях и серверах. PCI-X поддерживает 64-разрядные разъемы, обратно совместимые с 64- и 32-разрядными адаптерами PCI. Шина PCI-X версии 1 работает с частотой 133 МГц, в то время как PCI-X 2.0 поддерживает частоту до 533 МГц. Обычно полоса пропускания PCI-X 2.0 разделяется между несколькими разъемами PCI-X и PCI. Хотя некоторые южные мосты поддерживают шину PCI-X, чаще всего для обеспечения ее поддержки требуется специальная микросхема.

— Шина ISA. Это 16-разрядная шина, работающая на частоте 8 МГц; впервые стала использоваться в системах AT в 1984 году (была 8-разрядной и работала на частоте 5 МГц). Имела широкое распространение, но из спецификации PC99 исключена. Реализуется с помощью южного моста. Чаще всего к этой шине подключается микросхема Super I/O.

Некоторые современные системные платы содержат специальный разъем, получивший название Audio Modem Riser (AMR) или Communications and Networking Riser ( CNR). Подобные специализированные разъемы предназначены для плат расширения, обеспечивающих выполнение сетевых и коммуникационных функций. Следует заметить, что эти разъемы не являются универсальным интерфейсом шины, поэтому лишь немногие из специализированных плат AMR или CNR присутствуют на открытом рынке. Как правило, такие платы прилагаются к какой-либо определенной системной плате. Их конструкция позволяет легко создавать как стандартные, так и расширенные системные платы, не резервируя место на платах для установки дополнительных микросхем. Большинство системных плат, обеспечивающих стандартные сетевые функции и функции работы с модемом, созданы на основе шины PCI, так как разъемы AMR/CNR имеют специализированное назначение.

Для подобных целей предназначена и шина LPC, которая представляет собой 4-разрядную шину с максимальной пропускной способностью 6,67 Мбайт/с и применяется в качестве более экономичного по сравнению с шиной ISA варианта. Обычно шина LPC используется для соединения Super I/O или компонентов ROM BIOS системной платы с основным набором микросхем. Шина LPC имеет примерно равную рабочую частоту, но использует значительно меньше контактов. Это позволяет полностью отказаться от использования шины ISA в системных платах.

Дело в том, что для физического представления (изображения) чисел необходимы элементы, способные находиться в одном из нескольких устойчивых состояний. Число этих состояний должно быть равно основанию используемой системы счисления. Тогда каждое состояние будет представлять соответствующую цифру из алфавита данной системы счисления.

Создание электронных функциональных элементов, имеющих много устойчивых состояний, затруднено. Наиболее простыми с точки зрения технической реализации являются так называемые двухпозиционные элементы, способные находиться в одном из двух устойчивых состояний, например:

· Электромагнитное реле замкнуто или разомнкнуто;

· Феромагнитная поверхность намагничена или размагничена;

· Магнитный сердечник намагничен в некотором направлении или в противоположном ему;

· Транзисторный ключ находится в проводящем или замкнутом состоянии и т.д.

Десятичное число 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Троичное число 0 1 2 10 11 12 20 21 22 100 101

Если в десятичной системе счисления имеется 10 цифр и веса соседних разрядов различаются в 10 раз (разряд единиц, разряд десятков, разряд сотен), то в троичной системе используются только три цифры и веса соседних разрядов различаются в три раза (разряд единиц, разряд троек, разряд девяток, …). Цифра 1, написанная первой левее запятой, обозначает единицу; эта же цифра, написанная второй левее запятой, обозначает тройку и т. д.

Несимметричная троичная система счисления является частным случаем спаренных (комбинированных) показательных позиционных систем счисления, в которой ak — из троичного множества a=<0,1,2>, b=3, веса разрядов равны 3k.

Свойства

Троичная позиционная показательная несимметричная система счисления по затратам числа знаков (в трёхразрядном десятичном числе 3*10=30 знаков) наиболее экономична из позиционных показательных несимметричных систем счисления.

Для перевода целое десятичное число делят нацело с остатком (целочисленное деление) на 3 до тех пор, пока частное больше нуля. Остатки, записанные слева направо от последнего к первому являются целым несимметричным троичным эквивалентом целого десятичного числа.

Пример: десятичное целое число 4810,10 переведём в несимметричное троичное целое число:

число = 4810,10 делим на 3, частное = 16, остаток a0 = 0

частное = 1610,10 делим на 3, частное = 5, остаток a1 = 1

частное = 510,10 делим на 3, частное = 1, остаток a2 = 2

частное = 110,10 делим на 3, частное = 0, остаток a3 = 1

Свойства

Благодаря тому, что основание 3 нечётно, в троичной системе возможно симметричное относительно нуля расположение цифр: −1, 0, 1, с которым связано пять ценных свойств:

Естественность представления отрицательных чисел;

Таблица умножения в этой системе, как отметил О. Л. Коши, примерно в четыре раза короче.

Для изменения знака у представляемого числа нужно изменять знаки у всех его цифр. Это свойство увеличивает число операций при перемене знака (в несимметричных системах изменяется только один знаковый разряд), но повышает надёжность при сбоях в одном или более разрядах.

Структура команд.

Все возможные преобразования, дискретной информации могут быть сведены к четырем основным видам:

— передача информации в пространстве (из одного блока ЭВМ в другой);

— передача информации во времени (хранение);

— логические (поразрядные) операции;

— арифметические операции.

Обработка информации (решение задач) в ЭВМ осуществляется автоматически путем программного управления. Программа представляет собой алгоритм обработки информации (решение задачи), записанный в виде последовательности команд, которые должны быть выполнены машиной для получения результата.

Команда представляет собой код, определяющий операцию и данные, участвующие в операции. Команда содержит также в явной или не явной форме информацию об адресе, по которому помещается результат операции, и об адресе следующей команды.

По характеру выполняемых операций различают следующие основные группы команд:

а) команды арифметических операций над числами с фиксированной и плавающей точками;

б) команды десятичной арифметики;

в) команды логических операций;

г) команды передачи кодов;

д) команды операций ввода-вывода;

е) команды передачи управления;

ж) команды задания режима работы машины и др.

Важной и сложной проблемой при проектировании ЭВМ является выбор структуры и форматов команды, т.е. ее длины, назначения и размерности отдельных ее полей. Естественно стремление разместить в команде в возможно более полной форме информацию о предписываемой командой операции. Однако в условиях, когда в современных ЭВМ значительно возросло число выполняемых различных операций и соответственно команд (в компьютерах с CISC-архитектурой более 200 команд) и значительно увеличилась емкость адресуемой основной памяти (32, 64 Мб), это приводит к недопустимо большой длине формата команды.

Действительно, число двоичных разрядов, отводимых под код операции, должно быть таким, чтобы можно было представить все выполняемые машинные операции. Если ЭВМ выполняет М различных операций, то число разрядов в коде операции

nком > log 2 M, например, при М=200, пкоп = 8.

Вместе с тем для упрощения аппаратуры и повышения быстродействия ЭВМ длина формата команды должна быть согласована с выбираемой, исходя из требований к точности вычислений, длиной обрабатываемых машиной слов (операндов), составляющей для большинства применений 32 бита с тем, чтобы для операндов и команд можно было эффективно использовать одни и те же память и аппаратные средства обработки информации. Формат команды должен быть по возможности короче, укладываться в машинное слово или полуслово, а для ЭВМ с коротким словом (8-16 бит) должен быть малократным машинному слову. Решение проблемы выбора формата команды значительно усложняется в микропроцессорах, работающих с коротким словом.

Отмечавшиеся ранее характерные для процесса развития ЭВМ расширение системы (наборы) команд и увеличение емкости основной памяти, а особенно создание микроЭВМ с коротким словом, потребовали разработки методов сокращения длины команды. При решении этой проблемы существенно видоизменилась структура команды, получили развитие различные способы адресации информации.

Наиболее естественны и удобны трехадресные команды. Однако из-за необходимости иметь большее число разрядов для представления адресов основной памяти и кода операции длина трехадресной команды становится недопустимо большой, и ее не удается разместить в машинном слове. Следует отметить, что очень часто в качестве операндов используются результаты предыдущих операций, хранимые в регистрах машины. По указанным причинам в современных ЭВМ применяют трехадресные команды для адресации регистров.

Способы адресации данных.

Если только небольшая часть операций должна работать с различными способами адресации, то в команде поле УА не выделяется, а способ адресации определяется по коду операции, длина которого при этом возрастает.

Способ адресации операнда определяется многими характеристиками. Многообразие способов адресации обусловлено сочетанием различных значений этих характеристик. Укажем некоторые из этих характеристик и рассмотрим наиболее употребляемые способы адресации.

Явная и неявная адресация

Метод неявной адресации операндов используется во всех процессорах. Основное его назначение — уменьшение длины команды за счет исключения части адресов. При этом методе код операции точно задает адрес операнда. Например, из команды исключается адрес приемника результата. При этом подразумевается, что результат в этой команде помещается на место второго операнда.

Прямая адресация операндов

При этом способе адресации обращение за операндом в РП или ОП производится по адресному коду в поле команды, т.е. исполнительный адрес операнда совпадает с адресным кодом команды (Аи = Ак). Обеспечивая простоту программирования, этот метод имеет существенные недостатки, так как для адресации к ячейкам памяти большой емкости (число адресов М велико) требуется «длинное» адресное поле в команде. Прямая адресация используется широко в сочетании с другими способами адресации. В частности, вся адресация к «малой» регистровой памяти ведется только с помощью прямой адресации.

При этом способе адресный код команды указывает адрес ячейки памяти, в которой находится не сам операнд, а лишь адрес операнда, называемый указателем операнда. Адресация к операнду через цепочку указателей (косвенных адресов) называется косвенной.

Адрес указателя, задаваемый программой, остается неизменным, а косвенный адрес может изменяться в процессе выполнения программы. Косвенная адресация, таким образом, обеспечивает переадресацию данных, т.е. упрощает обработку массивов и списковых структур данных, упрощает передачу параметров подпрограммам, но не обеспечивает перемещаемость программ в памяти.

Индексная адресация

Стековая адресация

Стековая память (стек) является эффективным элементом современных ЭВМ, реализует неявное задание адреса операнда. Хотя адрес обращения в стек отсутствует в команде, он формируется схемой управления автоматически по специальному правилу.

Правило выполнения операции сложения одинаково для всех систем счисления: если сумма складываемых цифр больше или равна основанию системы счисления, происходит перенос единицы в следующий слева разряд.При вычитании, если необходимо,делают заем.В ВТ с целью упрощения реализации арифметических операций применяют специальные коды: прямой, обратный, дополнительный. За счет этого облегчается определение знака результата операции, а операция вычитания чисел сводится к арифметическому сложению. В результате упрощаются устройства, выполняющие арифметические операции.

Для отрицательных чисел.

Например: прямой код для чисел –4 и 5:

-4 410=1002 1_100

5 510=1012 0_101

Например:

Прямой код 1_100 1_101

Обратный код 1_011 1_010

Прямой код 1_111

Обратный код 1_000

Дополнительный код :1_001 (1_000+1)

Правило сложения двоичных чисел:

Источник