Реферат: Архитектура пк

Реферат: Архитектура пк

ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

ОСНОВНЫЕ БЛОКИ ПК И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Понятие архитектуры и структуры

Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью ее свойств,

существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и

функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и

дополнительные.

Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение

информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные

функции повы­шают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают

эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др.

Названные функции ЭВМ ре­ализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и

программных средств.

Структура компьютера — это некоторая модель, устанавливающая со­став,

порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Персональный компьютер — это настольная или переносная ЭВМ,

удовле­творяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.

Достоинствами ПК являются:

малая стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального

покупателя;

автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей

среды;

гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным

применени­ям в сфере управления, науки, образования, в быту;

• "дружественность" операционной системы и прочего программного

обеспечения, обу­словливающая возможность работы с ней пользователя без

специальной профессио­нальной подготовки;

• высокая надежность работы (более 5 тыс. ч наработки на отказ).

Структура персонального компьютера

Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для

управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и

логических операций над информацией.

В состав микропроцессора входят:

• устройство управления (УУ)—формирует и подает во все блоки машины

в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие

импуль­сы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами

предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой

операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную

последовательность им­пульсов устройство управления получает от генератора

тактовых импульсов;

• арифметико-логическое устройство (АЛУ)—предназначено для

вы­полнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной

информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ

подключается дополнительный математический сопроцесс ор),

• микропроцессорная память (МПП) — служит для кратковременного

хра­нения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в

вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и

используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная

память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания

информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего

микропроцессора. Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной

длины (в отличие от ячеек ОП, имею­щих стандартную длину 1 байт и более низкое

быстродействие);

• интерфейсная система микропроцессора —реализует сопряжение и связь

с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буфер­ные

запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и

сис­темной шиной. Интерфейс (interface) — совокупность средств

сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное

взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O — Input/Output port) —

аппаратура сопряжения, позволяющая под­ключить к микропроцессору другое

устройство ПК. Генератор тактовых импульсов. Он генерирует

последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов

определяет тактовую частоту машины.

Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта

работы машины или просто такт работы машины.

Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных

характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его

работы, ибо каждая опера­ция в машине выполняется за определенное количество

тактов:

Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера,

обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная

шина включает в себя:

· кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы

сопряжения для парал­лельной передачи всех разрядов числового кода (машинного

слова) операнда;

· кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы

сопряжения для парал­лельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной

памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

· кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и

схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во

все блоки машины;

· шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для

подключения блоков ПК к системе энергопитания. Системная шина обеспечивает три

направления передачи информации:

1. между микропроцессором и основной памятью;

2. между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

3. между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в

режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие

унифицирован­ные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно:

непосредственно или через кон­троллеры (адаптеры). Управление системной

шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще,

через дополнительную микросхему — контроллер шины, формирующий основные

сигналы управления. Обмен информацией между внешни­ми устройствами и системной

шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного

обмена ин­формацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих

устройств:

постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее

устройство (ОЗУ).

ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и

справочной ин­формации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем

информацию (изме­нить информацию в ПЗУ нельзя).

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания

информации (программ и данных), непосредственно участвующей в

информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени.

Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и

возможность обращения к каж­дой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ

к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения

информации в ней после выключения пи­тания машины (энергозависимость).

Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для

дол­говременного хранения любой информации, которая может когда-либо

потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все

программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды

запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически

на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД)

магнитных дисках.

Назначение этих накопителей — хранение больших объемов информации, запись и

выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство.

Разли­чаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и

временем поиска, записи и считывания информации.

В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие

устройства на кассетной магнитной ленте (стриммеры), накопители на оптических

дисках CD-R и CD-RW.

Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого

энерго­питания ПК.

Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при

необходимос­ти автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы,

минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику

питания — аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.

Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составная часть любого

вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ иногда

составляют 50 - 80% всего ПК. От состава и характеристик ВУ во многом зависят

возможность и эффективность примене­ния ПК в системах управления и в народном

хозяйстве в целом.

ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой:

пользователя­ми, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и

могут быть класси­фицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно

выделить следующие виды ВУ:

· внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память

ПК;

· диалоговые средства пользователя;

· устройства ввода информации;

· устройства вывода информации;

· средства связи и телекоммуникации.

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы

(дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с клавиатурой) и устройства

рече­вого ввода-вывода информации.

Видеомонитор (дисплей) — устройство для отображения вводимой и выводи­мой

из ПК информации.

Устройства речевого ввода-вывода относятся к быстроразвивающимся

средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода — это различные микрофонные

акустические системы, "звуковые мыши", например, со сложным программным

обеспечением, по­зволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова,

идентифицировать их и закодировать.

Устройства речевого вывода — это различные синтезаторы звука, выполняющие

пре­образование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через

громкоговорители (динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к

компьютеру.

К устройствам ввода информации относятся:

· клавиатура — устройство для

ручного ввода числовой, текстовой и управляю­щей информации в ПК;

· графические планшеты (диджитайзеры)—

для ручного ввода графи­ческой информации, изображений путем перемещения по

планшету специального ука­зателя (пера); при перемещении пера автоматически

выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;

· сканеры (читающие автоматы) —

для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных

текстов, графиков, рисунков, чертежей; в уст­ройстве кодирования сканера в

текстовом режиме считанные символы после сравне­ния с эталонными контурами

специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме

считанные графики и чертежи преобразуются в после­довательности двухмерных

координат (см. подразд. 4.5);

· манипуляторы (устройства

указания): джойстик—рычаг, мышь, трекбол— шар в оправе и др. — для

ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением

курсора по экрану с последующим кодировани­ем координат курсора и вводом их в

ПК;

· сенсорные экраны — для ввода

отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

К устройствам вывода информации относятся:

· принтеры — печатающие устройства

для регистрации информации на бумажный носитель (см. подразд. 4.5);

· графопостроители (плоттеры) —для

вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный

носитель; плоттеры бывают век­торные с вычерчиванием изображения с помощью пера

и растровые: термогра­фические, электростатические, струйные и лазерные. По

конструкции плоттеры подразделяются на планшетные и барабанные. Основные

характеристики всех плотте­ров примерно одинаковые: скорость вычерчивания — 100

- 1000 мм/с, у лучших моде­лей возможны цветное изображение и передача

полутонов; наибольшая разрешающая способность и четкость изображения у лазерных

плоттеров, но они самые дорогие. Устройства связи и телекоммуникации

используются для связи с прибора­ми и другими средствами автоматизации

(согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые

преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и

вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры

передачи данных, модемы).

В частности, показанный на рис. 4.2 с е т е в о и адаптер является

внешним ин­терфейсом ПК и служит для подключения его к каналу связи для обмена

информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети. В

глобальных сетях функции се­тевого адаптера выполняет модулятор-демодулятор

(модем, см. гл. 7).

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе —

средствам мультимедиа.

Средства мультимедиа (multimedia — многосредовость) — это комплекс

аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером,

используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику,

тексты, анимацию и др.

К средствам мультимедиа относятся устройства речевого ввода и вывода информации;

широко распространенные уже сейчас сканеры (поскольку они позволяют

автоматически вводить в компьютер печатные тексты и рисунки);

высококачественные видео- (video-) и звуковые (sound-) платы, платы

видеозахвата (videograbber), снимающие изображение с ви­деомагнитофона или

видеокамеры и вводящие его в ПК; высококачественные акустические и

видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими

видео­экранами. Но, пожалуй, еще с большим основанием к средствам мультимедиа

относят внешние запоминающие устройства большой емкости на оптических дисках,

часто исполь­зуемые для записи звуковой и видеоинформации.

Стоимость компактных дисков (CD) при их массовом тиражировании невысокая, а

учитывая их большую емкость (650 Мбайт, а новых типов — 1Гбайт и выше),

высокие на­дежность и долговечность, стоимость хранения информации на CD для

пользователя оказы­вается несравнимо меньшей, нежели на магнитных дисках. Это

уже привело к тому, что большинство программных средств самого разного

назначения поставляется на CD. На ком­пакт-дисках за рубежом организуются

обширные базы данных, целые библиотеки; на CD представлены словари,

справочники, энциклопедии; обучающие и развивающие программы по

общеобразовательным и специальным предметам.

CD широко используются, например, при изучении иностранных языков, правил

до­рожного движения, бухгалтерского учета, законодательства вообще и

налогового законода­тельства в частности. И все это сопровождается текстами и

рисунками, речевой информацией и мультипликацией, музыкой и видео. В чисто

бытовом аспекте CD можно использовать для хранения аудио- и видеозаписей,

т.е. использовать вместо плейерных ау-диокассет и видеокассет. Следует

упомянуть, конечно, и о большом количестве программ компьютерных игр,

хранимых на CD.

Таким образом, CD-ROM открывает доступ к огромным объемам разнообразной и по

функциональному назначению, и по среде воспроизведения информации, записанной

на компакт-дисках.

Дополнительные схемы. К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми

внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные

платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные

воз­можности микропроцессора: математический сопроцессор, контроллер прямого

доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Ма тематический со пр о ц ее с ор широко используется для ускоренного

вы­полнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над

двоично-кодирован­ными десятичными числами, для вычисления некоторых

трансцендентных, в том числе тригонометрических, функций. Математический

сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно (совмещенно во

времени) с основным МП, но под управлением пос­леднего. Ускорение операций

происходит в десятки раз. Последние модели МП, начиная с МП 80486 DX, включают

сопроцессор в свою структуру.

Контроллер прямого доступа к памяти освобождает МП от прямого управления

накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает эффективное

быстродействие ПК. Без этого контроллера обмен данными между ВЗУ и ОЗУ

осуществля­ется через регистр МП, а при его наличии данные непосредственно

передаются между ВЗУ и ОЗУ, минуя МП.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП значительно

ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних

уст­ройств (дисплей, принтер, НЖМД, НГМД и др.); освобождает МП от обработки

процедур ввода-вывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.

Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний.

Прерывание — временный останов выполнения одной программы в целях

оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приори­тетной)

программы.

Прерывания возникают при работе компьютера постоянно. Достаточно сказать, что

все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям, например,

преры­вания от таймера возникают и обслуживаются контроллером прерываний 18

раз в секунду (естественно, пользователь их не замечает).

Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос

на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса

и выдает сигнал прерывания в МП. МП, получив этот сигнал, приостанавливает

выполне­ние текущей программы и переходит к выполнению специальной программы

обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После

завершения программы об­служивания восстанавливается выполнение прерванной

программы. Контроллер прерыва­ний является программируемым.

Элементы конструкции ПК

Конструктивно ПК выполнены в виде центрального системного блока, к которому

через разъемы подключаются внешние устройства: дополнительные устройства

памяти, клавиату­ра, дисплей, принтер и др.

Системный блок обычно включает в себя системную плату, блок питания,

на­копители на дисках, разъемы для дополнительных устройств и платы

расширения с кон­троллерами — адаптерами внешних устройств.

На системной плате (часто ее называют материнской платой—Mother

Board), как правило, размещаются :

· микропроцессор;

· математический сопроцессор;

· генератор тактовых импульсов;

· блоки (микросхемы) ОЗУ и ПЗУ;

· адаптеры клавиатуры, НЖМД и НГМД;

· контроллер прерываний;

· таймер и др.

ВНУТРИМАШИННЫЙ СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС

Характеристика внутримашинного системного интерфейса

Внутримашинный системный интерфейс —система связи и сопряжения узлов и

блоков ЭВМ между собой — представляет собой совокупность электрических линий

связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов

(алго­ритмов) передачи и преобразования сигналов.

Существуют два варианта организации внутримашинного интерфейса.

1. Многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками

своими локальными проводами; многосвязный интерфейс применяется, как правило,

только в простейших бытовых ПК.

2. Односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую

или системную шину.

В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса

ис­пользуется системная шина. Структура и состав системной шины были

рассмотрены ранее. Важнейшими функциональными характеристиками системной шины

являются: ко­личество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность,

т.е. максимально воз­можная скорость передачи информации. Пропускная

способность шины зависит от ее разрядности (есть шины 8-, 16-, 32- и

64-разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает.

В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться:

· шины расширений — шины общего назначения,

позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств;

· локальные шины, специализирующиеся на

обслуживании небольшого количест­ва устройств определенного класса.

Шины расширений

Шина Multibus имеет две модификации: PC/XT bus (Personal Computer

eXtended Technology — ПК с расширенной технологией) и PC/AT bus (PC Advanced

Technology — ПК с усовершенствованной технологией).

Шина PC/XT bus — 8-разрядная шина данных и 20-разрядная шина адреса,

рассчитан­ная на тактовую частоту 4,77 МГц; имеет 4 линии для аппаратных

прерываний и 4 канала для прямого доступа в память (каналы DMA — Direct Memory

Access). Шина адреса огра­ничивала адресное пространство микропроцессора

величиной 1 Мбайт. Используется с МП 8086,8088.

Шина PC/AT bus — 16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса,

рабочая тактовая частота до 8 МГц, но может использоваться и МП с тактовой

частотой 16 МГц, так как контроллер шины может делить частоту пополам; имеет 7

линий для аппаратных пре­рываний и 4 канала DMA. Используется с МП 80286.

Шина ISA (Industry Standard Architecture — архитектура промышленного

стандар­та) — 16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, рабочая

тактовая частота 8 МГц, но может использоваться и МП с тактовой частотой 50 МГц

(коэффициент деления увеличен); по сравнению с шинами PC/XT и PC/AT увеличено

количество линий аппарат­ных прерываний с 7 до 15 и каналов прямого доступа к

памяти DMA с 7 до 11. Благодаря 24-разрядной шине адреса адресное пространство

увеличилось с 1 до 16 Мбайт. Теорети­ческая пропускная способность шины данных

равна 16 Мбайт/с, но реально она ниже, около 4-5 Мбайт/с, ввиду ряда

особенностей ее использования. С появлением 32-разряд­ных высокоскоростных МП

шина ISA стала существенным препятствием увеличения бы­стродействия ПК.

Шина EISA (Extended ISA)—32-разрядная шина данных и 32-разрядная шина

ад­реса, создана в 1989 г. Адресное пространство шины 4 Гбайта, пропускная

способность 33 Мбайт/с, причем скорость обмена по каналу МП — КЭШ — ОП

определяется парамет­рами микросхем памяти, увеличено число разъемов расширений

(теоретически может под­ключаться до 15 устройств, практически — до 10).

Улучшена система прерываний, шина EISA обеспечивает автоматическое

конфигурирование системы и управление DMA; полностью совместима с шиной ISA

(есть разъем для подключения ISA), шина поддерживает многопроцессорную

архитектуру вычислительных систем. Шина EISA весьма дорогая и применяется в

скоростных ПК, сетевых серверах и рабочих станциях.

Шина МСА (Micro Channel Architecture) — 32-разрядная шина, созданная

фирмой IBM в 1987 г. для машин PS/2, пропускная способность 76 Мбайт/с, рабочая

частота 10-20 МГц. По своим прочим характеристикам близка к шине EISA, но не

совместима ни с ISA, ни с EISA. Поскольку ЭВМ PS/2 не получили широкого

распространения, в первую очередь ввиду отсутствия наработанного обилия

прикладных программ, шина МСА также используется не очень широко.

Локальные шины

Современные вычислительные системы характеризуются:

• стремительным ростом быстродействия микропроцессоров (например, МП

Pentium может выдавать данные со скоростью 528 Мбайт/с по 64-разрядной шине

данных) и некоторых внешних устройств (так, для отображения цифрового

полноэкранного видео с высоким качеством необходима пропускная способность 22

Мбайт/с);

• появлением программ, требующих выполнения большого количества

интерфейсных операций (например, программы обработки графики в Windows,

работа в среде Multimedia).

В этих условиях пропускной способности шин расширения, обслуживающих

одновре­менно несколько устройств, оказалось недостаточно для комфортной

работы пользовате­лей, ибо компьютеры стали подолгу "задумываться".

Разработчики интерфейсов пошли по пути создания локальных шин,

подключаемых непосредственно к шине МП, работающих на тактовой частоте МП (но не

на внутренней рабочей его частоте) и обеспечивающих связь с некоторыми

скоростными внешними по от­ношению к МП устройствами: основной и внешней

памятью, видеосистемами и др.

Сейчас существуют два основных стандарта универсальных локальных шин: VLB и PCI.

Шина VLB (VESA Local Bus — локальная шина VESA) — разработана в 1992 г.

Ассоциацией стандартов видеооборудования (VESA — Video Electronics Standards

Associa­tion), поэтому часто ее называют шиной VESA.

Шина VLB, по существу, является расширением внутренней шины МП для связи с

ви­деоадаптером и реже с винчестером, платами Multimedia, сетевым адаптером.

Разрядность шины — 32 бита, на подходе 64-разрядный вариант шины. Реальная

скорость передачи дан­ных по VLB — 80 Мбайт/с (теоретически достижимая — 132

Мбайт/с).

Недостатки шины:

· рассчитана на работу с МП 80386, 80486, пока не

адаптирована для процессоров Pentium, Pentium Pro, Power PC;

· жесткая зависимость от тактовой частоты МП (каждая шина

VLB рассчитана только на конкретную частоту);

· малое количество подключаемых устройств — к шине VLB

могут подключаться толь­ко четыре устройства;

· отсутствует арбитраж шины — могут быть конфликты между

подключаемыми уст­ройствами.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect — соединение внешних

уст­ройств) — разработана в 1993 г. фирмой Intel.

Шина PCI является намного более универсальной, чем VLB, имеет свой адаптер,

по­зволяющий ей настраиваться на работу с любым МП: 80486, Pentium, Pentium

Pro, Power PC и др.; она позволяет подключать 10 устройств самой разной

конфигурации с возможностью автоконфигурирования, имеет свой "арбитраж",

средства управления передачей данных.

Разрядность PCI — 32 бита с возможностью расширения до 64 бит, теоретическая

про­пускная способность 132 Мбайт/с, а в 64-битовом варианте — 263 Мбайт/с

(реальная вдвое ниже).

Шина PCI хотя и является локальной, выполняет и многие функции шины

расшире­ния, в частности, шины расширения ISA, EISA, MCA (а она совместима с

ними) при нали­чии шины PCI подключаются не непосредственно к МП (как это

имеет место при использовании шины VLB), а к самой шине PCI (через интерфейс

расширения).

Варианты конфигурации систем с шинами VLB и PCI показаны соответственно на

рис. 4.3 и 4.4. Следует иметь в виду, что использование в ПК шин VLB и PCI

возможно только при наличии соответствующей VLB- или PCI-материнской платы.

Выпускаются ма­теринские платы с мультишинной структурой, позволяющей

использовать ISA/EISA, VLB и PCI, так называемые материнские платы с шиной

VIP (по начальным буквам VLB, ISA и PCI).

Рис. 4.3. Конфигурация системы с шиной VLB

Рис. 4.4. Конфигурация системы с шиной PCI

Таблица 4.4. Основные характеристики шин

Локальные шины IDE (Integrated Device Electronics), EIDE (Enhanced IDE), SCSI

(Small Computer System Interface) используются чаще всего в качестве

интерфейса только для внешних запоминающих устройств.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПК

Основными характеристиками ПК являются:

1. Быстродействие, производительность, тактовая частота. Единицами

измерения быстродействия служат:

• МИПС (MIPS — Mega Instruction Per Second) — миллион операций над числами

с фиксированной запятой (точкой);

• МФЛОПС (MFLOPS — Mega FLoating Operations Per Second) — миллион операций

над числами с плавающей запятой (точкой);

• КОПС (KOPS — Kilo Operations Per Second) для низкопроизводительных ЭВМ —

ты­сяча неких усредненных операций над числами;

• ГФЛОПС (GFLOPS — Giga FLoating Operations Per Second) — миллиард операций

в секунду над числами с плавающей запятой (точкой).

Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная, ибо при этом

ориентиру­ются на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды

операций. Реально при решении различных задач используются и различные наборы

операций. Поэтому для харак­теристики ПК вместо производительности обычно

указывают тактовую частоту, более объ­ективно определяющую быстродействие

машины, так как каждая операция требует для своего выполнения вполне

определенного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно

точно определить время выполнения любой машинной операции.

Пример 4.14. При отсутствии конвейерного выполнения команд и увеличении

внут­ренней частоты у микропроцессора (см. подразд. 4.3) тактовый

генератор с частотой 33 МГц обеспечивает выполнение 7 млн. коротких машинных

операций (сложение и вычитание с фиксированной запятой, пересылки информации и

др.) в секунду; с час­тотой 100 МГц — 20 млн. коротких операций в секунду.

2. Разрядность машины и кодовых шин интерфейса.

Разрядность — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над

которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и

операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных

условиях, будет больше и производительность ПК.

3. Типы системного и локальных интерфейсов.

Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации

между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств

и различные их виды.

4. Емкость оперативной памяти.

Емкость оперативной памяти измеряется чаще всего в мегабайтах (Мбайт), реже в

ки­лобайтах (Кбайт). Напоминаем: 1 Мбайт = 1024 Кбайта = 10242

байт.

Многие современные прикладные программы при оперативной памяти емкостью

меньше 8 Мбайт просто не работают либо работают, но очень медленно.

Следует иметь в виду, что увеличение емкости основной памяти в 2 раза, помимо

всего прочего, дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении

слож­ных задач примерно в 1,7 раза.

5. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера). Емкость

винчестера измеряется обычно в мегабайтах или гигабайтах (1 Гбайт = 1024

Мбайта).

По прогнозам специалистов, многие программные продукты 1997 г. будут

требовать для работы до 1 Гбайта внешней памяти.

6. Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках.

Сейчас применяются в основном накопители на гибких магнитных дисках,

исполь­зующие дискеты диаметром 3,5 и 5,25 дюйма (1 дюйм =25,4 мм). Первые

имеют стандарт­ную емкость 1,44 Мбайта, вторые — 1,2 Мбайта.

7. Виды и емкость КЭШ-памяти.

КЭШ-память — это буферная, не доступная для пользователя быстродействующая

па­мять, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с

информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих

устройствах. Например, для ус­корения операций с основной памятью

организуется регистровая КЭШ-память внутри мик­ропроцессора (КЭШ-память

первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (КЭШ-память

второго уровня); для ускорения операций с дисковой памятью органи­зуется КЭШ-

память на ячейках электронной памяти.

Следует иметь в виду, что наличие КЭШ-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает

производительность ПК примерно на 20%.

8. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.

9. Тип принтера.

10. Наличие математического сопроцессора.

Математический сопроцессор позволяет в десятки раз ускорить выполнение

операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-

кодированными десятичными числами.

11. Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы (см. гл. 8-12).

12. Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ.

Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ означает

возмож­ность использования на компьютере соответственно тех же технических

элементов и про­граммного обеспечения, что и на других типах машин.

13. Возможность работы в вычислительной сети (см. гл. 6).

14. Возможность работы в многозадачном режиме.

Многозадачный режим позволяет выполнять вычисления одновременно по

несколь­ким программам (многопрограммный режим) или для нескольких

пользователей (много­пользовательский режим). Совмещение во времени работы

нескольких устройств машины, возможное в таком режиме, позволяет значительно

увеличить эффективное быстродействие ЭВМ.

15. Надежность.

Надежность — это способность системы выполнять полностью и правильно все

задан­ные ей функции. Надежность ПК измеряется обычно средним временем

наработки на отказ.

16. Стоимость.

17. Габариты и масса.