Архитектура персональных компьютеров (ПК)

Методические материалы по курсу

«Архитектура ЭВМ и вычислительных систем»

 

Преподаватель: к.т.н. Кочемасов Сергей Георгиевич.

Изучение теоретического материала (24 - 25 марта 2020 г.).

 

Внимание!

    Ответы на вопросы самостоятельной работы надо высылать на адрес почты обратной связи, указанный под текущим материалом.

 

На мои пожелания....

    «Ответы формировать основываясь на предлагаемом материале и ссылках, а также используя поиск в сети Интернет. Задача — получить наиболее полный ответ!»

откликнулись далеко не все!

 

Перечень ленивых:

Аникин В.М., Грачев Н.С., Никитина А.Р., Воробьев С.Д., Жданов А.И., Купцов, Максимов А.М., О.В., Свиридов П.А., Сниховский А.А., Соболев Я.И., Федотов Д.А., Смолин В.В.

Это у нас близнецы братья и сестры. Ответ не полный, схема не по теме.

 

Слабовато выглядят:

Калинич Д.Д., Малыков Н.С., Прасолов М.И.

 

    Для хорошей оценки вышеуказанным гражданам надо будет постараться!

 

Никак не выглядит:

Гачинский Я.С.

 

    Всем перечисленным выше студентам надо «браться за ум», иначе перспектива — трудиться на плантациях коммунистического капиталиста Павла Клубникина в совхозе им. В.И.Ленина. Правда некоторые товарищи (по-моему) это приветствуют.

 

    Всем равняться на передовиков-стахановцев учебы — Исаева Даниила, Василенко Тимура, Кабину Ирину, Гунина Максима, Романова Кирилла, Рябова Вячеслава!

    Положительно проявили себя: Худан Д.Ю., Захаров Г.А.

 

    Не знаю, почему первые два вопроса вызвали затруднение?

Многие при поиске ответа «общая шина» попали в сетевые технологии, там есть аналогичный термин. В поиске нужны доп. ключевые слова: магистральная, системная, процессор и т. д. Надо анализировать материал!

 

Наиболее удачные ответы:

    Общая (системная) шина — это шина универсального применения, используемая в режиме разделения времени и соединяющая периферийные устройств с процессором и памятью.

    Ши́на в архитектуре компьютера — соединение, служащее для передачи данных между функциональными блоками компьютера. В устройстве шины можно различить механический, электрический (физический) и логический (управляющий) уровни.

    Компьютерные шины ранних вычислительных машин представляли собой жгуты (пучки соединительных проводов — сигнальных и питания, для компактности и удобства обслуживания увязанных вместе), реализующие параллельные электрические шины с несколькими подключениями.

 

    Шина данных — часть системной шины, предназначенная для передачи данных между компонентами компьютера. Шины данных - все шины, которые используются для передачи данных между процессором компьютера и периферией. По размеру данных, которые можно передать за один раз такие шины делятся на 8, 16, 32 и даже 64 битные.

    Шина управления — компьютерная шина, по которой передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т. д.

    Шина адреса — компьютерная шина, выделенная для передачи адресной информации. Она может представлять собой совокупность проводников, которые физически отделены от других аналогичных шин, или подмножество проводников системной шины.

 

Продолжаем параграф:

#6.3.3 Архитектура постнеймановского компьютера с магистральнойархитектурой.

 

    Продолжаем изучение материала (из файла лекции, см. материал от 17.03.20) - как указано ранее: стр. 11 (последний абзац), стр. 12, включая рис. 6 (до «архитектура ПК»).

 

Далее по рис. 6:

    Вводим понятие контроллер: (англ. controller букв. управитель) это устройство управления в электронике и вычислительной технике.

 

Изучаем вопросы:

Контроллер шины (КШ), назначение.

Контроллер прямого доступа к памяти (ПДП), назначение.

 

Изучаем вопросы:

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Наиболее распространенные это...

Периферийные устройства (ПУ). Наиболее распространенные это...

 

    Вводим понятие адаптер: (англ. adapter, от лат. adapto — приспособляю) — это приспособление, устройство или деталь, предназначенные для соединения объектов (устройств), не имеющих иного совместимого (прямого) способа соединения.

 

    Применительно к вопросам подключения ПУ и ВЗУ лучше использовать понятие интерфейс (дано в лекции Тема 6, #6.1 Общие понятия и представления) [ Интерфейс — это (англ. interface — сопряжение, поверхность раздела, перегородка) — граница раздела двух систем, устройств или программ, включающая комплекс средств, методов и правил предназначенных для взаимодействия их друг с другом (определяется их характеристиками, характеристиками соединения, сигналов обмена и т. п).]

    Из определения следует, что сопряжение устройств должно учитывать физические параметры, электрические, а также логические — определяющие каким образом мы кодируем информацию в электрическом сигнале.

 

    Теперь переходим повторно к вопросу необходимости прерываний.

Ситуация: имеем множество устройств, подключенных к системной (общей) шине.

    Роль механизма прерываний: следует из того, что в любой момент времени ЦП может взаимодействовать только с одним устройством (значит надо переключаться с устройства на устройство — реагировать на их обращения к ЦП).

 

    Возникает вопрос: как в дальнейшем развивалась архитектура (схема), от каких наиболее крупных недостатков рассматриваемой схемы (рис. 6) необходимо избавиться? (на этот вопрос найти ответ самостоятельно)

 

    Но тут появляется контроллер ПДП, который улучшает работу схемы. Почему? (на этот вопрос найти ответ самостоятельно).

 

Подраздел:

Архитектура персональных компьютеров (ПК)

 

Изучить:

Продолжаем изучение материала (из файла лекции, см. материал от 17.03.20) - стр. 12, включая рис.7, стр. 13 (до лекции 3).

 

Важно!

Анализировать схему рис.7.

    Большинство современных материнских плат (соответственно ПК) имеют подобную архитектуру.

    Надо понимать некоторые отличия терминологии и сокращения на схеме:

– микропроцессорное ядро — это у нас ЦП;

– оперативная память — ОЗУ;

– контроллеры дисковых накопителей: НЖМД (накопители на жестких магнитных дисках — сейчас это HDD);

– ПУ в слотах расширения (это например сетевая карта, звуковая карта и т. д.) - монтируется внутри системного блока на материнскую плату;

– внешними ПУ (вне системного блока) могут быть: мониторы, принтеры, сканеры, мышь и т. д. - подключаются на порты (интерфейсы) COM, LPT, клавиатура подключается на свой контроллер с разъемом, например PS/2;

 

Замечание:

    Схема соответствует компьютерам начала 90-х. Здесь пока нет портов (интерфейсов) USB, SAS или PCIe для подключения SSD, а также современных DP, Thunderbolt 3 и т. д. Об этом мы будем говорить позже (следующий уч. год).

 

    Принципиально понять: на схеме все шины магистральные (состоят: из адресной шины, шины данных и шины управления).

    Все эти шины с параллельной передачей данных! (Для продвинутых оценить хорошо это или плохо?)

 

    Кроме того, видим, что вместо общей шины (рис.6) появилось четыре шины.

Это требует объяснения (на этот вопрос найти ответ самостоятельно).

 

    В целом структурная схема показывает, что ЦП может взаимодействовать с ОЗУ и любыми другими устройствами через систему шин, управляемых контроллерами.

 

    Становится понятна роль механизма прерываний (контроллер прерываний PIC), т. к. в любой момент времени ЦП может взаимодействовать только с одним устройством (значит надо переключаться с устройства на устройство — реагировать на их обращения к ЦП).

 

Важно!      

    Все шины и большинство устройств имеют средства управления — контроллеры.

На схеме их достаточно много.

    Каждый контроллер — это логическая схема, реализованная на базе интегральной микросхемы.

    Отсюда появилось понятие «чипсет» - группа микросхем.

 

    На практике стремятся объединять микросхемы в более крупные:

– объединив КШ (L), КШ (M) и видеоконтроллер — получили микросхему «северный мост»;

– объединив большинство остальных контроллеров — получили микросхему «южный мост».

 

    Поэтому в большинстве ПК под чипсетом понимают, прежде всего, набор двух микросхем — северный и южный мост.

 

    Далее (в следующем семестре) будем изучать как развивалась схема (рис.7) или, что тоже самое - архитектура, особенности работы ЦП и ОЗУ, а также все разнообразные существующие интерфейсы и конкретные реализации материнских плат.

Ну, возможно кое-что еще...

 

 

Учимся работать с разными информационными источниками!

 

Дополнительный материал:

https://studopedia.ru/3_177341_sostav-i-naznachenie-osnovnih-elementov-pk-ih-harakteristiki.html

стр. 11, разделы Устройства внешней памяти, далее Устройства ввода / вывода данных

 

Хороший материал для изучения:

https://studopedia.ru/5_129889_shinnaya-struktura-svyazey.html

это стр.3 первые 6 абзацев, далее после рис.1.10., затем стр.4

Смотрите также «Вики» и другие источники.

Самостоятельная работа:

 

найти наиболее полное определение понятий (использовать Интернет) и отразить в своем конспекте лекций:

1. Назначение контроллера общей системной шины?

2. Какие существуют внешние запоминающие устройства?

3. Какие существуют периферийные устройства?

4. В чем основной недостаток магистральной архитектуры с общей шиной (из файла лекции, рис. 6)?

5. Назначение контроллера прямого доступа к памяти, почему он улучшил работу схемы (рис.6)?

6. Почему перешли к системе шин (из файла лекции, рис.7)?

 

Внимание: использование дополнительных альтернативных источников с учебным материалом — приветствуется!

 

Ответы должны быть отосланы до 18-00 25 марта!

Присылая ответы, прошу указать ваши претензии на итоговую оценку (скромные запросы могут облегчить вашу жизнь;-))).

 

В зависимости от вашей позиции, вы получите разные по сложности вопросы.

Вопросы, для итоговой аттестации, будут направлены до 10-00 26 марта, ответить надо до 16-00 26 марта!

 

 

Обратная связь: e-edu@vbg.ru