Что означает магистрально модульный принцип построения пк
Магистрально-модульный принцип построения компьютера: основные элементы и их назначение
Что такое магистрально-модульный принцип построения компьютера? На чем он базируется? Каково техническое назначение такого принципа и зачем он вообще нужен в устройствах? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в ходе данной статьи.
Что такое магистраль в компьютере?
Магистраль иначе именуется специалистами как системная шина. Соответственно, магистрально-модульный принцип построения компьютера тогда будет базироваться на существовании некоторой шины данных, по которой они, собственно, и будут передаваться. На самом деле мы недалеки от правды. Магистраль компьютера – сложное техническое устройство, которое включает в себя три шины многоразрядного типа. Конкретнее о них будет сказано далее в статье, сейчас же расскажем в общих чертах, чтобы сформировать в понимании некоторую структуру и ассоциации, которые, быть может, кому-то в будущем послужат помощью.
Итак, магистраль компьютера включает в себя шину данных, а также шину адреса и управления. Что представляют собой эти шины? С точки зрения техники вышеназванные шины представляют собой систему линий многопроводного характера. Если говорить по существу, то именно к магистрали крепятся такие устройства, как планки процессора и оперативной памяти. Есть такое понятие, как устройства ввода и вывода. Это периферия, которой мы так привыкли пользоваться: клавиатуры, мониторы, мыши. Все это также подключается к магистрали. Магистрально-модульный принцип построения компьютера предполагает также подключение к системной шине устройств, хранящих информацию. Все эти устройства между собой обмениваются некоторым потоком информации, передающимся на любимом нами двоичном коде – так называемом “машинном языке”.
Что такое шина данных?
Шина данных имеет в компьютере достаточно важное значение, которое кроется, прежде всего, в передаче информационного потока. Он следует от некоторого одного устройства к другому. Вот самый простой пример: информацией о задаче обмениваются процессор и оперативная память.
Стоит параллельно отметить тот факт, что именно разрядность процессора будет оказывать определяющее влияние на разрядность шины данных. А что же тогда представляет собой разрядность процессора? На самом деле ничего сложного здесь нет. Разрядность процессора есть не что иное, как количество тех двоичных разрядов, которые одновременно процессором и обрабатываются, и передаются.
Зачем нужна шина адреса?
Магистрально-модульный принцип, как мы выяснили ранее, предполагает наличие трех шин. Назначение первой из них мы уже разобрали. А с вопросом о том, зачем нужна шина адреса, разберемся сейчас.
Итак, представьте себе такую вещь: пусть каждое устройство компьютера (ну или же можно взять ячейку планки оперативной памяти) имеет определенный адрес. К этим устройствам, к слову, процессор и передает данные. Чтобы адрес передать, как раз и используют адресную шину. На этом этапе следует сделать одно достаточно важное замечание: адрес передается исключительно в одностороннем порядке. Инициатором-источником сигнала служит центральный процессор, а вот роль приемников в этой своеобразной системе играют устройства компьютера. Это, как говорилось ранее, и оперативная память, и периферийный устройства, и так далее.
И вот когда разговор заходит уже о том, с чем связана разрядность шины адреса, можно выяснить одну очень интересную вещь. На самом деле разрядность данной шины будет оказывать влияние на объем так называемой адресуемой памяти. Его специалисты также называют адресным пространством. Причем будет оказываться даже не влияние, а полное определение. Иначе говоря, количество ячеек, приходящихся на оперативную память, и является адресуемой памятью. Она рассчитывается согласно следующей формуле: X = 2^y. Здесь Y – разрядность шины.
Какой смысл имеет наличие шины управления?
Шина управления также занимается передачей. Только не информационных потоков, а сигналов. Стоит сказать, что эти сигналы, по сути дела, и определяют, какой характер имеет обмен информацией, которая “гуляет” по всей магистрали. Проще говоря, сигналы говорят центральному процессору о том, какую операцию необходимо производить в настоящий момент времени. Это может быть как считывание данных из памяти, так и наоборот – запись новых данных. Кроме того, шина управления помогает синхронизировать дерево процессов, способствующих обмену информацией между теми или другими отдельными устройствами.
Как устроен центральный процессор?
Магистрально-модульный принцип построения ПК предполагает, что существует не только архитектура, составляемая из трех шин. Материнская плата, безусловно, объединяет разрозненные компьютерные детали в единое целое, благодаря чему мы на выходе получаем стабильную работу компьютера или ноутбука, другого устройства подобного рода. Но именно центральный процессор задает единую частоту, на которой будет работать вся система. Не будь его – и каждый отдельный элемент, каждая отдельная деталь работала бы на своей частоте и со своим интервалом времени. И что тогда? Тогда быстродействие компьютера было бы снижено в огромное количество раз, а его работа оказалась бы просто бессмысленной.
Центральный процессор представляет собой микросхему (или же электронный блок). Он занимается исполнением машинного кода, на котором пишутся те или иные программы. Если угодно, то центральный процессор исполняет инструкции, которые определяют работу компьютера как одного целого механизма. ЦПУ можно по праву назвать самым главным элементом аппаратного компьютерного обеспечения. Он также имеет место и в случае программирующих логических контроллеров. Иногда ЦП называют также микропроцессором.
Проводя аналогию с человеческим организмом, можно сказать, что центральный процессор есть не что иное, как “мозг”. Только он может выдать разрешение на выполнение той или иной программы. Он, наряду с материнской платой, командует тем, что происходит в компьютере, какие элементы подключаются к выполнению определенного задания, а какие – отключаются или перенаправляются на решение других задач.
Заключение
Итак, что мы узнали в ходе данной статьи? Магистрально-модульный принцип построения компьютера предполагает наличие системы из трех шин, каждая из которых имеет свои цели, а также центрального управляющего устройства (именуемого процессором) и остальных элементов. Шины передают сигналы, транслируемые от “центра” к периферийным устройствам, а также сигналами показывают, какой характер имеет эта информация.
Магистрально-модульный принцип архитектуры компьютера
Вы будете перенаправлены на Автор24
Магистрально-модульный принцип архитектуры компьютера — это возможность для пользователя самостоятельно выбирать комплектацию компьютера и впоследствии её модернизировать.
Магистрально-модульный принцип
В основе архитектурного построения сегодняшних электронных вычислительных машин положены магистрально-модульные принципы. Модульность конструкции даёт возможность пользователям самим определять комплектацию и, как следствие, конфигурацию своих компьютеров, а в дальнейшем и модернизировать их, по мере необходимости.
Главной опорой модульности можно считать магистральную методику передачи информационных данных между модулями и устройствами. Магистраль, она же системная шина, состоит из трёх многоразрядных шин:
По шине данных выполняется обмен данным между модулями. К примеру, осуществляется выборка данных из оперативной памяти и передача их процессору, который их обрабатывает и направляет обратно в оперативную память или на модули вывода. Возможна передача данных между модулями в разных направлениях. Число разрядов шины данных равно разрядности процессора, то есть числу двоичных разрядов, обрабатываемых процессором за один тактовый период.
Шина адреса служит для определения процессором модуля или ячейки памяти, с которой будет выполняться обмен информационными данным. Всем модулям и ячейкам памяти присвоены свои оригинальные адреса. Код адреса пересылается по шине адреса, при этом посылаются эти коды только в направлении от процессора к другим устройствам. Число разрядов адресной шины определяет формат адресного пространства процессора. При 32-х разрядном процессоре его адресное пространство составит четыре Гбайта.
Шина управления служит для передачи управляющих сигналов, определяющих какой тип операции следует исполнить (запись или считывание данных, синхронизацию обмена и так далее).
Готовые работы на аналогичную тему
Компоненты компьютера
Процессор является основным вычислительным компонентом. Главным его параметром является тактовая частота, то есть число выполняемых операций за одну секунду. Для сегодняшних компьютерных процессоров она измеряется в гигагерцах (ГГц). Важным параметром является также производительность процессора, которая зависит от нескольких характеристик, таких как тактовая частота, разрядность и архитектурное построение процессора. Производительность можно определить при тестировании компьютера по быстроте выполнения некоторых операций.
Оперативная память является составной частью электронной памяти. Существуют несколько типов электронной памяти, которые используется почти в любой вычислительной системе:
Системный блок является основной частью компьютера к которой подсоединяются все другие модули и устройства (периферийные или внешние устройства). В состав системного блока входят все главные электронные элементы компьютера.
Персональный компьютер выполняется на базе сверхбольших интегральных микросхем, и практически все они располагаются в системном блоке на отдельных платах. Главной платой системного блока можно считать системную или материнскую плату. На ней расположены центральный процессор, сопроцессор, оперативная память и ряд разъёмов для установки контроллеров внешних устройств или соединения с ними. То есть она представляет собой комплект разных модулей, которые обеспечивают функционирование компьютера.
Блок питания обеспечивает преобразование переменного напряжения электрической сети в несколько постоянных напряжений разной величины и полярности, которые необходимы для работы материнской платы и остальных устройств внутри системного блока. Для охлаждения компонентов системного блока и исключения перегрева, используется регулируемый вентилятор.
Системная шина или магистраль, находящаяся в системном блоке, представляет собой набор электрических соединений для связи процессора с памятью и внешними устройствами.
Клавиатура компьютера предназначается для ввода информационных данных в память компьютера посредством нажатия пользователем нужных клавиш. Обычная клавиатура, как правило, состоит из ста клавиш.
Мышь манипуляторного типа представляет собой устройство, позволяющее синхронизировать движение корпуса мыши по плоскости (коврику) с движением указателя на экране дисплея. Ввод данных выполняется расположением курсора в нужной экранной позиции и нажатием одной из клавиш на корпусе мыши.
Под монитором понимается устройство, которое обеспечивает диалог пользователя с компьютером посредством отображения на экране дисплея информационных данных в виде символов или графики. Графический режим дисплея представляет собой набор точек (пикселей), которые получаются при разбиении экранной поверхности на строки и столбцы. Число экранных пикселей принято называть разрешением дисплея в текущем режиме работы.
Магистрально-модульный принцип построения ПК
На прошлых уроках вы познакомились с назначением и характеристиками основных устройств компьютера. Очевидно, что все эти устройства не могут работать по отдельности, а только в составе всего компьютера. Поэтому для понимания того, как компьютер обрабатывает информацию, необходимо рассмотреть структуру компьютера и основные принципы взаимодействия его устройств.
В соответствии с назначением компьютера как инструмента для обработки информации взаимодействие входящих в него устройств должно быть организованно таким образом, чтобы обеспечить основные этапы обработки информации. (Какие?) Схему устройства компьютера мы рассмотрели на 5 уроке. (Вспоминаем.)
Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере, называется данными.
Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой.
Обработка данных на компьютере:
1. Пользователь запускает программу, хранящуюся в долговременной памяти, она загружается в оперативную и начинает выполняться.
2. Выполнение: процессор считывает команды и выполняет их. Необходимые данные загружаются в оперативную память из долговременной памяти или вводятся с помощью устройств ввода.
3. Выходные (полученные) данные записываются процессором в оперативную или долговременную память, а также предоставляются пользователю с помощью устройств вывода информации.
Для обеспечения информационного обмена между различными устройствами должна быть предусмотрена какая-то магистраль для перемещения потоков информации.
Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).
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.
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.
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.
Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Каждая отдельная функция компьютера реализуется одним или несколькими модулями – конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Организация структуры компьютера на модульной основе аналогична строительству блочного дома. Основными модулями компьютера являются память и процессор. Процессор – это устройство управляющее работой всех блоков компьютера. Действия процессора определяются командами программы, хранящейся в памяти.
Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.
Магистрально-модульный принцип имеет ряд достоинств:
1. для работы с внешними устройствами используются те же команды процессора, что и дл работы с памятью.
2. подключение к магистрали дополнительных устройств не требует изменений в уже существующих устройствах, процессоре, памяти.
3. меняя состав модулей можно изменять мощность и назначение компьютера в процессе его эксплуатации.
Принцип открытой архитектуры – правила построения компьютера, в соответствии с которыми каждый новый блок должен быть совместим со старым и легко устанавливаться в том же месте в компьютере.
В компьютере столь же легко можно заменить старые блоки на новые, где бы они ни располагались, в результате чего работа компьютера не только не нарушается, но и становится более производительной. Этот принцип позволяет не выбрасывать, а модернизировать ранее купленный компьютер, легко заменяя в нем устаревшие блоки на более совершенные и удобные, а так же приобретать и устанавливать новые блоки. Причем во всех разъемы для их подключения являются стандартными и не требуют никаких изменений в самой конструкции компьютера.
• Для чего нужна материнская плата?
• Каково назначение системной шины в компьютере?
• С чем можно сравнить системную шину компьютера?
• Для чего необходимо иметь слоты расширения?
Основы информатики
Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т. е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе.
Разрядность шины данных задается разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.
По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.
Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо переферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. В случае несовместимости интерфейсов (например, интерфейс системной шины и интерфейс винчестера ) используют контроллеры.
Разработка нового в области ПК всегда базируется на старых стандартах и принципах. Поэтому знание их является основополагающим фактором для (или против) выбора новой системы.
В состав ЭВМ входят следующие компоненты:
Во всех вычислительных машинах до середины 50-х годов устройства обработки и управления представляли собой отдельные блоки, и только с появлением компьютеров, построенных на транзисторах, удалось объединить их в один блок, названный процессором.
Таким образом, использование специальных контроллеров для управления устройствами ввода-вывода, усложняя устройство компьютера, одновременно разгружает его центральный процессор от непроизводительных трат времени и повышает общую производительность компьютера.
Винчестеры (hard discs)
Емкость диска современного персонального компьютера составляет десятки гигабайт. В одной ЭВМ может быть установлено несколько винчестеров.
Оптические диски (cdroms)
Лазерные диски, как их еще называют, имеют емкость около 600 мегабайт и обеспечивают только считывание записанной на них однажды информации в режиме произвольного доступа. Скорость считывания информации определяется устройством, в которое вставляется компакт-диск (cdrom drive).
Магнито-оптические диски
В отличие от оптических дисков магнито-оптические диски позволяют не только читать, но и записывать информацию.
Флоппи диски (floppy discs)
В основе этих устройств хранения лежит гибкий магнитный диск, помещенный в твердую оболочку. Для того чтобы прочитать информацию, хранящуюся на дискете, ее необходимо вставить в дисковод (floppy disc drive ) компьютера. Емкость современных дискет всего 1.44 мегабайта. По способу доступа дискета подобна винчестеру.
Zip and Jaz Iomega discs
Конспект лекции на тему «магистрально-модульный принцип архитектуры ПК»
Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Компьютер (ЭВМ) — это универсальное электронное программно- управляемое устройство для хранения, обработки и передачи информации
Архитектура ЭВМ— это общее описание структуры и функций ЭВМ на уровне, достаточном для понимания пользователем принципов работы и системы команд ЭВМ, его логическая организация, структура и ресурсы, т. е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. Архитектура не включает в себя описание деталей технического и физического устройства компьютера.
В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом.
Принцип программного управления — программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Принцип однородности памяти — программы и иные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять те же действия, что и над данными!
Принцип адресности — основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.
Основные компоненты архитектуры ЭВМ:
— внутренняя (основная) память,
Основным устройством компьютера является микропроцессор (МП). Микропроцессор — это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией. Процессор находится внутри системного блока на материнской плате, там же располагается и внутренняя память компьютера. Внутри системного блока также помещаются: блок питания, дисководы, контроллеры внешних устройств. Системный блок обычно снабжен внутренним вентилятором для охлаждения.
Кроме системного блока в обязательный минимальный комплект ПК входят клавиатура и монитор (дисплей). Дополнительно к ПК могут быть подключены: принтер, манипулятор типа «мышь», модем, сканер и др.
Все устройства ПК, кроме процессора и внутренней памяти, называются внешними устройствами.
Каждое внешнее устройство взаимодействует с процессором через специальный блок, который называется контроллером (от англ. controller — контролер, управляющий). Другое название — адаптер. Практически все модели современных ПК имеют магистральный тип архитектуры. 
Конструктивно персональные компьютеры выполнены в виде центрального системного блока, к которому через специальные разъемы присоединяются другие устройства. В состав системного блока входят все основные узлы компьютера:
накопитель на жестком магнитном диске;
накопитель на гибком магнитном диске;
накопитель на оптическом диске;
разъемы для дополнительных устройств.
На системной (материнской) плате в свою очередь размещаются:
генератор тактовых импульсов;
контроллеры внешних устройств;
звуковая и видеокарты;
Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через информационную магистраль (другое название — системная шина).
Системная шина является основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
между микропроцессором и основной памятью;
между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств.
Порты ввода-вывода всех устройств через соответствующие разъемы (слоты) подключаются к шине либо непосредственно, либо через специальные контроллеры (адаптеры).
Основная памят ь предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками компьютера.
Внешняя памят ь используется для долговременного хранения информации, которая может быть в дальнейшем использована для решения задач. Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических символов, частота которых задает тактовую частоту компьютера. Промежуток времени между соседними импульсами определяет такт работы машины.
Источник питания — это блок, содержащий системы автономного и сетевого питания компьютера.
Таймер — это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие автоматический съем текущего момента времени. Таймер подключается к автономному источнику питания и при отключении компьютера от сети продолжает работать.
Внешние устройства компьютера обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими компьютерами.
Магистраль — это кабель, состоящий из множества проводов. По одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса)- адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.) Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине (как письмо сопровождается адресом на конверте). Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства.
В современном ПК реализован принцип открытой архитектуры. Этот принцип позволяет менять состав (модулей) ПК. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие. Возможно увеличение внутренней памяти, замена микропроцессора на более совершенный. Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали осуществляется через специальный блок контроллер (адаптер). Программное управление работой устройства производится через программу — драйвер, которая является компонентом операционной системы (ОС).
Основными функциональными характеристиками персонального компьютера являются:
производительность, быстродействие, тактовая частота. Производительность современных ЭВМ измеряют обычно в миллионах операций в секунду;
разрядность микропроцессора 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;
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;
емкость оперативной памяти. Емкость оперативной памяти измеряется обычно в Мбайтах. Многие современные прикладные программы с оперативной памятью, имеющей емкость меньше 16 Мбайт, просто не работают либо работают, но очень медленно;
емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера). Емкость винчестера измеряется обычно в Гбайтах;
тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках. Сейчас применяются накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты диаметром 3,5 дюйма, имеющие стандартную емкость 1,44 Мб;
наличие, виды и емкость кэш-памяти. Кэш-память — это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. Наличие кэш-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность персонального компьютера примерно на 20%;
тип видеомонитора и видеоадаптера;
наличие и тип принтера;
наличие и тип накопителя на компакт дисках CD-ROM;
наличие и тип модема;
наличие и виды мультимедийных аудиовидео-средств;
имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы;
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;
возможность работы в вычислительной сети;
возможность работы в многозадачном режиме. Многозадачный режим позволяет выполнять вычисления одновременно по нескольким программам (многопрограммный режим) или для нескольких пользователей (многопользовательский режим);
надежность. Надежность — это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции;