Arhitektura računala

Osnovni raspored dijelova računala i odnos između njih naziva se arhitektura osobnog računala (PC). Pri opisu arhitekture računala utvrđuje se sastav komponenti uključenih u nju, njihove funkcije i karakteristike.

Središte računala je jedinica sustava, koja je zauzvrat podijeljena na:

· Centralni procesor;

·RAM memorija:

· Matična ploča;

· Video kartica;

· Okvir;

· Napajanje;

· HDD;

· Optički disk.

Sada će se raspravljati o ovim uređajima.

CPU

Centralna procesorska jedinica (CPU, CPU, CPU) - elektronička jedinica ili mikročip, glavni dio hardvera. On kontrolira rad svih računalnih čvorova i programa koji opisuje algoritme. CPU pretvara sve obrađene informacije u digitalne, t.j. njemu razumljiviji. Fizički, to je mali elektronički sklop na matičnoj ploči koji obavlja sve izračune i obradu informacija. Procesor radi velikom brzinom i može izvesti desetke ili čak stotine milijuna operacija u sekundi. Može se predstaviti kao sljedeći glavni čvorovi:

kontrolni uređaj dizajniran za dešifriranje i izvršavanje naredbi;

Radni registri potrebni za adresiranje memorije i izvođenje računskih operacija;

· aritmetičko-logička jedinica, izvodi logičke i aritmetičke operacije;

ulaz-izlaz kontrola, ulaz-izlaz podataka u procesor ili iz njega;

Procesor radi s uputama kojima je dodijeljena radnja koju treba izvršiti procesor. Svaki program koji izvršava procesor sastoji se od mnogo različitih instrukcija.

Razmotrimo ukratko format naredbe. Informacije u računalu pohranjuju se u obliku binarnog koda, sastavljenog od sekvenci od 0 i 1. Ove sekvence imaju višekratnik od 8 bitova, t.j. 8-bitni, 16-bitni, 32-bitni itd. 0 ili 1 u ovom nizu se zove malo . Odnosno:

8 bita = 1 bajt;

16 bita = 1 strojna riječ;

32 bita = strojna dvostruka riječ.

U računalu se količina informacija određuje u sljedećim količinama:

1024 bajta = 1 kilobajt (KB);

1024 KB = 1 megabajt (MB);

1024 MB = 1 gigabajt (GB);

1024 GB = 1 terabajt (TB).

Procesor radi s RAM-om jer pohranjuje podatke koji su procesoru potrebni za rad. Također, procesor stavlja rezultate svojih izračuna u RAM prije konačnog pohranjivanja

dugotrajna memorija računala.

matična ploča

Matična ploča (matična ploča) - ploča koja povezuje računalne uređaje. Važna funkcija majčine memorije je da nosi BIOS čip koji sadrži informacije o konfiguraciji računala i informacije o početnom pokretanju računala.

Na matičnoj ploči postoji mnogo različitih uređaja, kao što su:

· Centralni procesor;

· BIOS čip;

· Čipset (južni i sjeverni mostovi);

· AGP utor;

· PCI utori;

· IDE konektori;

SATA konektori:

SATA kontroleri;

· Priključci za spajanje USB uređaja ili dodatnih USB priključaka;

· Priključak za spajanje tipki na prednjoj ploči jedinice sustava;

· Zvučna kartica;

· PS 2 portovi za tipkovnicu i miš.

A sada više o ovim uređajima.

BIOS - Osnovni ulazno/izlazni sustav

BIOS (osnovni ulazno/izlazni sustav) - osnovni ulazno-izlazni sustav - dio softvera sustava koji je osmišljen kako bi operativnom sustavu omogućio pristup hardveru računala i uređajima koji su na njega povezani. BIOS sadrži konfiguraciju računala i njegov program za pokretanje. Kada uključite napajanje računala, BIOS inicijalizira uređaje koji su spojeni na matičnu ploču, provjerava njihovu izvedbu. Ako je sve u redu, tada BIOS traži bootloader na mediju za pohranu, kao što je, na primjer, tvrdi disk. Bootloader zatim prenosi kontrolu na operativni sustav. Novije matične ploče mogu imati 2 čipa, što povećava stabilnost BIOS-a.

Čipset- skup čipova koji obavljaju skup bilo koje funkcije. U računalima se čipset nalazi na matičnoj ploči i djeluje kao komponenta koja osigurava zajedničko funkcioniranje memorije, CPU-a, I/O i drugih podsustava. Čipset modernih računalnih matičnih ploča sastoji se od dva glavna mikro kruga. To su Sjeverni i Južni most.

Sjeverni most (glavište memorijskog kontrolera) - omogućuje interakciju između procesora i memorije. S CPU je povezan brzom sabirnicom. Također prenosi naredbe procesora u RAM, pretvara te naredbe u format potreban za pristup određenoj skupini RAM ćelija. Upravo je RAM kontroler odgovoran za sve operacije koje procesor obavlja s RAM-om. DRAM kontroler se sastoji od sljedećih elemenata:

· upravljački uređaj;

uređaj za snimanje

uređaj za čitanje

String dekoder

dekoder stupaca;

Sučelje sistemske sabirnice- odgovoran je za interakciju procesora s drugim uređajima spojenim na sjeverni most, i to: s RAM-om, video karticom i južnim mostom.

Sjeverni most može uključivati ​​ili GPU ili AGP kontroler sabirnice, ili oboje zajedno. Grafički procesor obavlja funkcije video kartice, ali su njegove mogućnosti u usporedbi s video karticom znatno niže. Kontroler sabirnice AGP namijenjen je interakciji video kartice s procesorom i RAM-om. Procesor izdaje naredbe za prikaz grafičkih informacija, kontroler sistemske sabirnice šalje te naredbe kontroleru AGP sabirnice, a zatim se podaci šalju na video karticu preko AGP sabirnice, koristeći svoj grafički procesor za izlaz grafičkih informacija na monitor.

Trenutno su AGP sabirnica i video kartice za AGP konektore već zastarjele. Zamijenjeni su novim PCI-E sučeljem, koje je razvijeno na temelju PCI sabirnice.

Uloga sjevernog mosta u računalnom sustavu vrlo je značajna. Uostalom, on je taj koji određuje koji će se procesor, koji dinamički RAM i koji grafički sustav instalirati u računalo. Sjeverni most je uključen u niz složenih elektroničkih uređaja, koji mogu uključivati ​​nekoliko stotina milijuna elementarnih tranzistora. To znači da rasipanje topline može biti prilično značajno, što utječe na stabilnost sjevernog mosta. Zato gotovo uvijek ima ugrađen hladnjak za hlađenje, često s hladnjakom.

Južni most (Kontroler I/O čvorišta) - ovo je čip koji povezuje "spore" interakcije na matičnoj ploči s CPU-om preko sjevernog mosta koji je, za razliku od južnog, spojen direktno na procesor. Odgovoran je za upravljanje I/O uređajima s bržim uređajima instaliranim na sjevernom mostu: procesorom, RAM-om i video karticom. Stoga je funkcija južnog mosta prijenos potrebnih podataka i kontrolnih signala na uređaj spojen s procesora, RAM-a ili video kartice.

Ovisno o verziji, južni most može uključivati ​​zvučne, mrežne, USB kontrolere. Moderni južni mostovi podržavaju PCI-Express sabirnicu.

PCI-E (PCI-Express) - je računalna sabirnica koja koristi softverski model PCI sabirnice i fizički protokol visokih performansi koji se temelji na serijskom prijenosu podataka. PCI-E sabirnica praktički je istisnula sučelje i AGP sabirnicu. Na modernim pločama, broj PCI-E utora može doseći i do tri. A iz ovoga proizlazi da možete koristiti dvije ili tri video kartice.

Jedan od najvažnijih uređaja ne samo samog južnog mosta, već i računala u cjelini je kontroler prekida. Njegova glavna funkcija je prijenos signala s perifernog uređaja na procesor, tako da procesor obrađuje informacije s ovog uređaja.

Također je jednako važno kontroler izravnog pristupa memoriji ili DMA kontroler. Njegova uporaba omogućuje postizanje zapaženih performansi u nekim slučajevima. Sve interakcije u računalu odvijaju se kroz središnju procesorsku jedinicu. Ako se podaci trebaju razmjenjivati ​​između dva uređaja, CPU prvo čita podatke s prvog uređaja, a zatim te podatke prenosi na drugi uređaj.

Bit DMA načina rada je da uređaji između kojih se razmjenjuju informacije obavještavaju procesor o odabranom načinu rada io zauzetosti sabirnice preko koje će se odvijati razmjena.

arhitektura osobno računalo video kartica

SMbus kontroler je odgovoran za sabirnicu, čiji su zadaci pomoćne funkcije, kao što je, na primjer, praćenje temperature kućišta CPU-a.

Upravljanje napajanjem služi za smanjenje potrošnje energije računalnog sustava u cjelini. Ovo štedi resurse. Ako je jedno računalo uključeno, onda to nije toliko primjetno. A ako cijela mreža, onda ušteda

osjetit će se struja. Moderna računala uključuju način rada

smanjena potrošnja energije kada na njima nitko ne radi, ali

ostati omogućen.

USB (univerzalna serijska sabirnica)

USB (univerzalna serijska sabirnica) - serijsko podatkovno sučelje za periferne uređaje srednje i male brzine u računalstvu. Za spajanje perifernih uređaja na USB sabirnicu koristi se četverožilni kabel, dok se dvije žice u diferencijalnom spoju koriste za primanje i prijenos podataka, a dvije žice za napajanje perifernog uređaja. Zahvaljujući ugrađenim strujnim vodovima, USB omogućuje spajanje perifernih uređaja bez vlastitog napajanja, ali maksimalna struja koju uređaj troši kroz strujne vodove USB sabirnice ne smije biti veća od 500 mA. Na jedan USB kontroler sabirnice može se spojiti do 127 zvjezdica.

PS/2- konektor koji se koristi za spajanje tipkovnice i miša. No u današnje vrijeme sve više računalnih miševa i tipkovnica ima USB konektor, a neke moderne matične ploče nemaju PS/2 konektor ili imaju samo jedan konektor.

Zvučna kartica

Zvučna kartica (zvučna kartica, audio kartica) - dodatni element računala koji nije povezan s njegovom glavnom svrhom, što vam omogućuje obradu zvuka. U trenutku pojavljivanja, to je bila zasebna ploča ugrađena u utor za proširenje. U modernim računalima prisutan je u obliku mikrosklopa integriranog u čipset matične ploče. Dostupan i kao vanjski uređaj.

struktura računalnih sustava.

Osobno Računalo je uređaj za automatizaciju informacijskih procesa i služi za akumulaciju, obradu i prijenos informacija.

Uzmimo u obzir uređaj najčešće vrste računala - stolno osobno (smatramo računala tvrtke IBM (International Bussines Machines Corporation) i IBM-kompatibilna računala koja većina ljudi diljem svijeta koristi u svojim praktičnim aktivnostima; upravo za ta računala Microsoftov operativni sustav Windows koristi se).

Tehnička sredstva ili računalna oprema na engleskom jeziku označavaju se riječju "Hardver", što doslovno prevodi kao "hardver" ili "željezo".

2.1. Arhitektura osobnog računala

Opis računala na nekoj općoj razini naziva se njegovim arhitektura. Arhitektura određuje principe rada, informacijske veze i međusobno povezivanje glavnih logičkih čvorova računala: procesora, RAM-a, vanjske memorije i perifernih uređaja. Postoje jednoprocesorske i višeprocesorske arhitekture računala.

Godine 1941. John von Neumann iznio je principe rada i potkrijepio shematski dijagram računala s klasičnom jednoprocesorskom arhitekturom, prema kojem računalo mora imati sljedeće uređaje:

aritmetičko-logička jedinica (ALU) koja izvodi aritmetičke i logičke operacije;

upravljačka jedinica (CU) koja organizira proces izvršavanja programa;

uređaj za pohranu (RAM) za pohranjivanje programa i podataka;

vanjski uređaj (VU) za unos i izlaz informacija.

Shematski dijagram računala s klasičnom arhitekturom prikazan je na slici 2.1.

Riža. 2.1 Shematski dijagram računala s klasičnom arhitekturom:

kontrolne veze

informativne veze

Jednoprocesorska arhitektura također uključuje arhitekturu osobnog računala sa zajedničkom sabirnicom (slika 2.2). Svi funkcionalni blokovi ovdje su međusobno povezani zajedničkom sabirnicom, koja se također naziva sistemska sabirnica ili sistemska sabirnica.

Osnova računala CPU, sadrži ALU i CU. ALU obavlja izravnu obradu podataka, a CU koordinira interakciju različitih dijelova računala. u uređaju za pohranu ( memorija ) informacija se pohranjuje u kodiranom obliku (onom koji se unosi u računalo i onom koji se javlja u procesu rada). Računalo ima vanjski uređaj za pohranu (vanjsku memoriju).

Tijekom rada, procesor i memorija međusobno djeluju, ali procesor, osim toga, organizira rad drugih računalnih uređaja: tipkovnice, zaslona, ​​diskovnih pogona itd. Ovi uređaji komuniciraju računalo s vanjskim svijetom, stoga se nazivaju vanjski.

Procesor, izvršavajući određeni program, koordinira rad vanjskih uređaja, šalje ih i prima informacije od njih. Informacije se prenose u obliku električnih impulsa dvije vrste - niskog i visokog napona. Dakle, informacije u računalu su kodirane s dva znaka: 0 i 1.

Procesor je povezan s vanjskim uređajima preko sabirnice ( sistemska sabirnica ). Uglavnom, to je hrpa žica. Svi vanjski uređaji su spojeni na sabirnicu paralelno, kao na telefonski kabel. Pozivanje procesora na vanjski uređaj slično je pozivu pretplatnika putem telefona. Svi uređaji su numerirani. Kada trebate pristupiti vanjskom uređaju, njegov se broj šalje na sabirnicu.

Svaki vanjski uređaj je opremljen poseban prijemnik signala – kontroler. Kontroler ima ulogu telefona – prima signal od procesora i dešifrira ga.

Procesor izdaje naredbu, ali ga nije briga kako će se izvršiti, jer je za to odgovoran kontroler odgovarajućeg vanjskog uređaja. Stoga, ako imate odgovarajuće kontrolere, neke vanjske uređaje možete zamijeniti drugima.

Arhitektura suvremenih osobnih računala temelji se na trunk-modularnom principu konstrukcije.

Osobno računalo nalikuje običnom dizajneru. Krugovi koji upravljaju svim uređajima (monitor, diskovi, printer, modem itd.) implementirani su na zasebnim pločama koje se ubacuju u utore - standardne konektore matične ploče. Cijelo računalo napaja se jednim napajanjem. Ovaj princip, nazvan princip otvorene arhitekture, uz ostale prednosti, osigurao je veliku potražnju za osobnim računalima.

Riža. 3. Položaj glavnih uređaja koji čine računalo.

ESEJ
o organizaciji samostalnog rada na temu:
Arhitektura osobnog računala

Voronjež 2011
SADRŽAJ
Uvod…………………………………………………………………………………3

Arhitektura vanjske računala…………………………………………..4
Unutarnja arhitektura……………………………………………………8

UVOD
Arhitektura računala- logička organizacija i struktura hardverskih i softverskih resursa računalnog sustava. Arhitektura uključuje zahtjeve za funkcionalnošću i načela organizacije glavnih komponenti računala.
Trenutno su u računalima najrasprostranjenije 2 vrste arhitekture: Princeton i Harvard. Oba razlikuju 2 glavna računalna čvora: središnju procesorsku jedinicu i memoriju računala. Razlika leži u strukturi memorije: u arhitekturi Princetona, programi i podaci se pohranjuju u isti memorijski niz i prenose do procesora kroz jedan kanal, dok arhitektura Harvarda pruža odvojene tokove pohrane i prijenosa za upute i podatke.
Detaljniji opis koji definira konkretnu arhitekturu također uključuje: blok dijagram računala, sredstva i metode za pristup elementima ovog blok dijagrama, organizaciju i bitnu dubinu računalnih sučelja, skup i dostupnost registara, organizaciju memorije i načini adresiranja, skup i format strojnih instrukcija procesora, metode i formati prikaza podataka, pravila rukovanja prekidima.
Prema navedenim značajkama i njihovim kombinacijama, među arhitekturama postoje:
Prema bitnosti sučelja i strojnih riječi: 8-, 16-, 32-, 64-, 86-bit (brojna računala imaju druge veličine bitova);
Prema značajkama skupa registara, formatu naredbi i podataka: CISC, RISC, VLIW;
Po broju središnjih procesora: jednoprocesorski, višeprocesorski, superskalarni.

1. VANJSKI ARHITEKTURA PC-a

Jedinica sustava - funkcionalni element koji štiti unutarnje komponente računala od vanjskih utjecaja i mehaničkih oštećenja, održava potrebne temperaturne uvjete unutar jedinice sustava, štiti elektromagnetsko zračenje koje stvaraju unutarnje komponente i temelj je za daljnje širenje sustava. Sistemski blokovi najčešće se izrađuju od dijelova na bazi čelika, aluminija i plastike, ponekad se koriste i materijali poput drveta ili organskog stakla.
Sistemski blok sadrži:
Matična ploča s instaliranim procesorom, RAM, kartice za proširenje (video adapter, zvučna kartica).
Ležišta za tvrde diskove, CD-ROM pogone itd.
Monitor, displej - univerzalni uređaj za vizualni prikaz svih vrsta informacija. Postoje alfanumerički i grafički monitori, kao i monokromatski monitori i monitori slike u boji – LCD s aktivnom matricom i pasivnom matricom.
Po strukturi:
CRT - baziran na katodnoj cijevi (CRT)
LCD - monitori s tekućim kristalima (engleski zaslon s tekućim kristalima, LCD)
Plazma - na temelju plazma ploče
Projekcija - videoprojektor i platno postavljeni odvojeno ili kombinirani u jednom kućištu (kao opcija - kroz ogledalo ili sustav zrcala)
OLED monitor - na OLED tehnologiji (organic light-emitting diode - organska svjetleća dioda).
tipkovnica računala - jedan od glavnih ulaznih uređaja od korisnika do računala. Standardna računalna tipkovnica, koja se također naziva PC/AT tipkovnica ili AT tipkovnica (jer se počela isporučivati ​​s IBM PC/AT serijom), ima 101 ili 102 tipke. Tipkovnice koje su dolazile s prethodnom serijom, IBM PC i IBM PC/XT, imale su 86 tipki. Raspored tipki na AT tipkovnici podliježe jednoj općeprihvaćenoj shemi, dizajniranoj na temelju engleske abecede.
Prema namjeni, tipke na tipkovnici dijele se u šest skupina:
funkcionalan;
alfanumerički;
kontrola kursora;
digitalna ploča;
specijalizirani;
modifikatorima.
Dvanaest funkcijskih tipki nalazi se u gornjem redu tipkovnice. Ispod je blok alfanumeričkih tipki. Desno od ovog bloka nalaze se kursorske tipke, a sa samog desnog ruba tipkovnice je brojčanik.
Manipulator mišem - jedan od pokazivačkih ulaznih uređaja koji pružaju korisničko sučelje s računalom.
pisač (engleski printer - printer) - uređaj za ispis digitalnih informacija na čvrsti medij, najčešće na papir. Odnosi se na terminalne uređaje računala.
Proces ispisa naziva se ispis, a dobiveni dokument je ispis ili tiskana kopija.
Printeri su inkjet, laserski, matrični i sublimacijski, a boja tiska - crno-bijela (jednobojna) i kolor. Ponekad se LED pisači razlikuju od laserskih kao zasebna vrsta.
Jednobojni pisači imaju nekoliko gradacija, obično 2-5, na primjer: crno - bijelo, jednobojno (ili crveno, ili plavo, ili zeleno) - bijelo, višebojno (crno, crveno, plavo, zeleno) - bijelo.
Jednobojni pisači imaju svoju nišu i malo je vjerojatno da će (u dogledno vrijeme) biti potpuno zamijenjeni onima u boji.
Skener (engleski skener) - uređaj koji analizom objekta (obično slike, teksta) stvara digitalnu kopiju slike objekta. Proces dobivanja ove kopije naziva se skeniranje. Većina skenera koristi fotoosjetljive elemente bazirane na CCD-u za pretvaranje slika u digitalni oblik.
Prema načinu pomicanja glave za čitanje i slike jedan u odnosu na drugi, skeneri se dijele na ručne (English Handheld), rolne (English Sheet-Feed), ravne (English Flatbed) i projekcijske.
Akustični sustav - uređaj za reprodukciju zvuka.
Akustički sustav može biti jednopojasni (jedan širokopojasni emiter, na primjer, dinamička glava) i višepojasni (dvije ili više glava, od kojih svaka stvara zvučni tlak u svom frekvencijskom pojasu). Akustički sustav sastoji se od akustičnog dizajna (na primjer, "zatvorene kutije" ili "sustava s faznim pretvaračem" itd.) i zračećih glava koje su ugrađene u njega (obično dinamičke).
Sustavi s jednim bočnim pojasom nisu široko korišteni zbog poteškoća u stvaranju emitera koji jednako dobro reproducira signale različitih frekvencija. Visoka intermodulacijska distorzija sa značajnim hodom jednog emitera uzrokovana je Dopplerovim efektom.
U višepojasnim akustičnim sustavima, spektar zvučnih frekvencija koje osoba čuje podijeljen je u nekoliko preklapajućih raspona pomoću filtara (kombinacije otpornika, kondenzatora i induktora ili korištenjem digitalnog skretnice). Svaki raspon se napaja na vlastitu dinamičku glavu, koja ima najbolje karakteristike u ovom rasponu. Na taj način postiže se najkvalitetnija reprodukcija čovjeku čujnih zvučnih frekvencija (20-20.000 Hz).

2. UNUTRAŠNJA ARHITEKTURA PC-a
Unutarnja arhitektura modernog osobnog računala određena je shemom njegovog čipseta, koja se može pronaći na web stranicama proizvođača - Intel i AMD.
Čipset (engleski chip set) - skup čipova dizajniranih za zajednički rad kako bi se izvršio skup bilo koje funkcije. Dakle, u računalima čipset igra ulogu spojne komponente koja osigurava zajedničko funkcioniranje memorije, CPU-a, ulazno-izlaznih i drugih podsustava. Čipovi se također nalaze u drugim uređajima, kao što su radio stanice za mobitele.
Izbor vrste čipseta ovisi o procesoru s kojim radi i određuje vrste vanjskih uređaja (video kartice, tvrdi diskovi itd.).
U karakteristikama svakog procesora možete pronaći s kojim čipsetima može raditi.
Na primjer, za Core 2 Duo procesore preporuča se korištenje Intel® P965 Express čipseta i matičnih ploča koje se temelje na njemu.
matična ploča (eng. motherboard, MB, koristi se i naziv engleske mainboard) je složena višeslojna tiskana ploča na koju su ugrađene glavne komponente osobnog računala (centralni procesor, RAM kontroler i sama RAM memorija, boot ROM, kontroleri za osnovna I/O sučelja). U pravilu, matična ploča sadrži konektore (utore) za spajanje dodatnih kontrolera, za koje se obično koriste USB, PCI i PCI-Express sabirnice.
radna memorija (također random access memory, RAM) - u informatici - memorija, dio računalnog memorijskog sustava, u koji procesor može pristupiti u jednoj operaciji (skok, pomak i sl.). Namijenjen je za privremeno pohranjivanje podataka i naredbi potrebnih procesoru za obavljanje operacija. RAM prenosi podatke procesoru izravno ili putem cache memorije. Svaka RAM ćelija ima svoju individualnu adresu.
RAM se može proizvesti kao zasebna jedinica ili uključiti u dizajn računala ili mikrokontrolera s jednim čipom.
Boot ROM - pohranjuje softver koji se izvršava odmah nakon uključivanja. U pravilu, boot ROM sadrži BIOS, ali može sadržavati i softver koji radi unutar EFI-ja.
CPU (CPU; engleski centralna procesorska jedinica, CPU, doslovno - središnji računalni uređaj) - izvršitelj strojnih instrukcija, komad računalnog hardvera ili programabilni logički kontroler odgovoran za izvođenje operacija određenih programima.
Moderni procesori, izvedeni u obliku zasebnih mikrosklopova (čipova), koji ostvaruju sve značajke svojstvene ovoj vrsti uređaja, nazivaju se mikroprocesorima. Od sredine 1980-ih, potonji su praktički istisnuli druge tipove CPU-a, zbog čega se pojam sve češće percipira kao običan sinonim za riječ "mikroprocesor". Međutim, to nije slučaj: središnje procesorske jedinice nekih superračunala i danas su složeni kompleksi velikih razmjera (LSI) i vrlo veliki integrirani sklopovi (VLSI).
Rani CPU-i bili su dizajnirani kao jedinstveni građevni blokovi za jedinstvene, pa čak i jedinstvene, računalne sustave. Kasnije, od skupe metode razvoja procesora dizajniranih za izvršavanje jednog ili više visokospecijaliziranih programa, proizvođači računala prešli su na serijsku proizvodnju tipičnih klasa višenamjenskih procesorskih uređaja. Trend standardizacije računalnih komponenti nastao je u eri naglog razvoja poluvodiča, velikih računala i miniračunala, a s pojavom integriranih sklopova postao je još popularniji. Stvaranje mikro krugova omogućilo je daljnje povećanje složenosti CPU-a uz smanjenje njihove fizičke veličine. Standardizacija i minijaturizacija procesora doveli su do dubokog prodora digitalnih uređaja koji se temelje na njima u svakodnevnom životu. Moderni procesori mogu se naći ne samo u uređajima visoke tehnologije poput računala, već i u automobilima, kalkulatorima, mobitelima, pa čak i dječjim igračkama. Najčešće su predstavljeni mikrokontrolerima, gdje se, uz računalni uređaj, na čipu nalaze dodatne komponente (programska i podatkovna memorija, sučelja, ulazno/izlazni portovi, mjerači vremena itd.). Suvremene računalne sposobnosti mikrokontrolera usporedive su s procesorima osobnih računala od prije desetak godina, a češće čak i znatno premašuju njihove performanse.
video kartica (također poznat kao grafička kartica, grafički akcelerator, grafička kartica, video adapter) (engleski videocard) - uređaj koji pretvara sliku u memoriji računala u video signal za monitor.
Tipično, video kartica je ploča za proširenje i umetnuta je u utor za proširenje, univerzalna (PCI-Express, PCI, ISA, VLB, EISA, MCA) ili specijalizirana (AGP), ali može biti i ugrađena (integrirana) u matičnu ploču (kao u obliku zasebnog čipa, ili kao dio čipseta sjevernog mosta ili CPU-a).
Moderne video kartice nisu ograničene na jednostavan izlaz slike, one imaju integrirani grafički mikroprocesor koji može izvršiti dodatnu obradu, oslobađajući središnji procesor računala od ovih zadataka. Na primjer, sve moderne NVIDIA i AMD (ATi) grafičke kartice podržavaju OpenGL aplikacije na hardverskoj razini. Nedavno je također prisutan trend korištenja računalne snage GPU-a za negrafičke zadatke.
Zvučna kartica (naziva se i zvučna kartica ili glazbena kartica) (engleska zvučna kartica) je ploča koja vam omogućuje rad sa zvukom na računalu. Trenutno su zvučne kartice ugrađene u matičnu ploču i zasebne kartice za proširenje ili vanjske uređaje. HD Audio je evolucijski nastavak specifikacije AC'97 koju je predložio Intel 2004. godine, pružajući reprodukciju više kanala s višom kvalitetom zvuka nego što je bilo omogućeno korištenjem integriranih audio kodeka poput AC "97. Hardver temeljen na HD Audio podržava 192 kHz/24- bitna kvaliteta zvuka u 2-kanalnom i 96 kHz/24-bitnom u višekanalnom (do 8 kanala).
Pogon tvrdog diska ili HDD (eng. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD) je uređaj za pohranu podataka koji se temelji na principu magnetskog snimanja. To je glavni medij za pohranu u većini računala.
Za razliku od "fleksibilnog" diska (floppy diska), informacije u pogonu tvrdog diska zapisuju se na tvrde (aluminijske ili keramičke) ploče obložene slojem ferimagnetskog materijala, najčešće krom-dioksida. HDD koristi od jedne do nekoliko ploča na istoj osi. Glave za čitanje u načinu rada ne dodiruju površinu ploča zbog sloja nadolazećeg strujanja zraka koji se formira u blizini površine tijekom brzog okretanja. Udaljenost između glave i diska je nekoliko nanometara (kod modernih diskova oko 10 nm), a odsutnost mehaničkog kontakta osigurava dug radni vijek uređaja. U nedostatku rotacije diskova, glave se nalaze na vretenu ili izvan diska u sigurnoj zoni, gdje je isključen njihov nenormalan kontakt s površinom diskova.
Sučelje(englesko sučelje) - skup komunikacijskih linija, signali koji se šalju preko ovih linija, tehnička sredstva koja podržavaju ove linije i pravila (protokol) razmjene. Komercijalni tvrdi diskovi mogu koristiti ATA (aka IDE i PATA), SATA, SCSI, SAS, FireWire, USB, SDIO i Fibre Channel sučelja.
Kapacitet(Engleski kapacitet) - količina podataka koju pogon može pohraniti. Kapacitet modernih uređaja doseže 2000 GB (2 TB). Za razliku od sustava prefiksa usvojenog u informatici, koji označava višekratnik od 1024, proizvođači pri određivanju kapaciteta tvrdih diskova koriste vrijednosti koje su višekratnike 1000. Dakle, kapacitet tvrdog diska označen kao "200 GB" iznosi 186,2 GiB.
Fizička veličina(faktor oblika) (engleska dimenzija). Gotovo svi moderni (2001.-2010.) pogoni za osobna računala i poslužitelje široki su 3,5 ili 2,5 inča - veličina standardnih nosača za njih, u stolnim i prijenosnim računalima. Formati od 1,8 inča, 1,3 inča, 1 inča i 0,85 inča također su postali široko rasprostranjeni. Ukinuta je proizvodnja pogona u obliku faktora 8 i 5,25 inča.
Vrijeme slučajnog pristupa(englesko random access time) - vrijeme tijekom kojeg je zajamčeno da će tvrdi disk izvršiti operaciju čitanja ili pisanja na bilo kojem dijelu magnetskog diska. Raspon ovog parametra je mali - od 2,5 do 16 ms. U pravilu, diskovi poslužitelja imaju minimalno vrijeme (na primjer, Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 ms), najveći od trenutnih su diskovi za prijenosne uređaje (Seagate Momentus 5400.3 - 12.5).
Brzina vretena(engleski spindle speed) - broj okretaja vretena u minuti. Vrijeme pristupa i prosječna brzina prijenosa podataka uvelike ovise o ovom parametru. Trenutno se proizvodi tvrdi diskovi sa sljedećim standardnim brzinama rotacije: 4200, 5400 i 7200 (prijenosna računala), 5400, 7200 i 10 000 (osobna računala), 10 000 i 15 000 o/min (poslužitelji i radne stanice visokih performansi).
Pouzdanost(engleski pouzdanost) - definira se kao srednje vrijeme između kvarova (MTBF). Također, velika većina modernih pogona podržava S.M.A.R.T.
Broj IOPS-a- za moderne diskove, to je oko 50 operacija / s s slučajnim pristupom pogonu i oko 100 operacija / s sa sekvencijalnim pristupom.
Potrošnja energije važan je čimbenik za mobilne uređaje.
Razina buke- buku koju stvara mehanika pogona tijekom njegovog rada. Navedeno u decibelima. Tihi pogoni su uređaji s razinom buke od oko 26 dB ili manje. Buka se sastoji od buke rotacije vretena (uključujući aerodinamičku buku) i buke pozicioniranja.
Otpornost na udar(eng. G-shock rating) - otpornost pogona na iznenadne skokove tlaka ili udare, mjerena u jedinicama dopuštenog preopterećenja u uključenom i isključenom stanju.
Brzina prijenosa(Engleska brzina prijenosa) za sekvencijalni pristup:
interna zona diska: od 44,2 do 74,5 Mb / s;
Vanjska zona diska: 60,0 do 111,4 MB/s.
Veličina pufera- Međuspremnik je srednja memorija dizajnirana da izgladi razlike u brzini čitanja/pisanja i prijenosu sučelja. Na diskovima iz 2009. obično varira od 8 do 64 MB.
Mrežna kartica, mrežna kartica, mrežni adapter, ethernet adapter, NIC (Engleski kontroler mrežnog sučelja - periferni uređaj koji računalu omogućuje interakciju s drugim mrežnim uređajima.
Modem (kratica sastavljena od riječi modulator-demodulator) je uređaj koji se koristi u komunikacijskim sustavima i obavlja funkciju modulacije i demodulacije. Modulator modulira signal nosioca, odnosno mijenja njegove karakteristike u skladu s promjenama ulaznog informacijskog signala, demodulator izvodi obrnuti proces. Poseban slučaj modema je široko korišteni periferni uređaj za računalo koji mu omogućuje komunikaciju s drugim računalom opremljenim modemom putem telefonske mreže (telefonski modem) ili kabelske mreže (kabelski modem).
Modem obavlja funkciju terminalne opreme komunikacijske linije. U ovom slučaju, formiranje podataka za prijenos i obradu primljenih podataka provodi se terminalnom opremom, u najjednostavnijem slučaju, osobnim računalom.
Napajanje računala - jedinica za napajanje dizajnirana za opskrbu komponenata računala električnom energijom. Zadaća mu je pretvaranje mrežnog napona u navedene vrijednosti, njihova stabilizacija i zaštita od manjih smetnji napona napajanja. Također, opremljen ventilatorom, sudjeluje u hlađenju jedinice sustava.
Glavni parametar napajanja računala je maksimalna snaga koja se troši iz mreže. Trenutačno postoje napajanja snage koju je proizvođač deklarirao od 50 do 1600 vata.
Napajanje računala za današnju PC platformu osigurava izlazne napone od ±5 ±12 +3,3V volta. U većini slučajeva koristi se sklopno napajanje. Iako velika većina čipova ne koristi više od 5 volti, uvođenje linije od 12 volti omogućuje korištenje veće snage (isklopno napajanje bez 12 volti ne može proizvesti više od 210 vata), što je potrebno za napajanje tvrdih diskova , optički pogoni, ventilatori, a odnedavno i matične ploče, procesori, video adapteri, zvučne kartice.
Voziti - elektromehanički uređaj koji omogućuje čitanje/zapisivanje informacija na digitalni medij u obliku diska. U tom slučaju medij se može ukloniti ili ugraditi u uređaj. Izmjenjivi mediji često se stavljaju u uložak, omotnicu, kućište itd. radi zaštite.
Postoji nekoliko vrsta pogona:
Pogoni za tvrde diskove (HDD);
Pogoni disketa;
Pogoni za magnetno-optičke diskove;
Pogoni za ZIP diskete;
CD-ROM/R/RW pogoni;
Pogoni DVD-ROM/R/RW, DVD-RAM.
Sustav hlađenja računala - skup alata za odvođenje topline (u suštini hlađenje) u računalu.
Za povlačenje se uglavnom koristi:
Radijator (aluminij ili bakar)
Snop "radijator + ventilator" - hladnjak
Sustav hlađenja tekućinom
Instalacija freona
Rashladne jedinice u kojima se kao rashladno sredstvo koristi tekući dušik ili tekući helij.
sabirnica računala (od engleske računalne sabirnice, bidirectional universal switch - dvosmjerni univerzalni prekidač) - u arhitekturi računala, podsustav koji prenosi podatke između funkcionalnih blokova računala. Obično autobusom upravlja vozač. Za razliku od komunikacija točka-točka, više uređaja može biti spojeno na sabirnicu preko jednog skupa vodiča. Svaka sabirnica definira svoj skup konektora (veza) za fizičko povezivanje uređaja, kartica i kabela.
Rane računalne sabirnice bile su paralelne električne sabirnice s višestrukim vezama, ali se izraz danas koristi za svaki fizički mehanizam koji pruža istu logičku funkcionalnost kao paralelne računalne sabirnice. Moderne računalne sabirnice koriste paralelne i serijske veze i mogu imati paralelne (višestruke) i lančane (daisy chain) topologije. U slučaju USB i nekih drugih sabirnica mogu se koristiti i hubovi (hubovi).
ATA (eng. Advanced Technology Attachment - povezivanje pomoću napredne tehnologije) - paralelno sučelje za spajanje pogona (tvrdih diskova i optičkih pogona) na računalo. Bio je standard na IBM PC platformi 1990-ih; trenutno zamjenjuje njegov nasljednik - SATA te je svojim izgledom nazvan PATA (Parallel ATA).
SATA (eng. Serial ATA) - serijsko sučelje za razmjenu podataka s uređajima za pohranu informacija. SATA je evolucija paralelnog ATA sučelja (IDE), koje je nakon pojave SATA preimenovano u PATA (Parallel ATA). SATA koristi 7-pinski konektor umjesto PATA-inog 40-pinskog konektora. SATA kabel ima manju površinu, zbog čega je otpor zraka koji puše preko komponenata računala smanjen, a ožičenje unutar jedinice sustava je pojednostavljeno.
SATA kabel je otporniji na višestruke veze zbog svog oblika. SATA kabel za napajanje također je dizajniran s višestrukim vezama na umu. SATA konektor za napajanje napaja 3 napona napajanja: +12 V, +5 V i +3,3 V; međutim, moderni uređaji mogu raditi bez napona od +3,3 V, što omogućuje korištenje pasivnog adaptera sa standardnog IDE na SATA konektor za napajanje. Brojni SATA uređaji dolaze s dva priključka za napajanje: SATA i Molex.
SATA standard je napustio tradicionalnu PATA vezu dva uređaja po kabelu; svaki uređaj se oslanja na zasebni kabel, što eliminira problem nemogućnosti istovremenog rada uređaja smještenih na istom kabelu (i kašnjenja koja su iz toga proizašla), smanjuje moguće probleme sa montažom (nema problema sukoba Slave/Master uređaja za SATA), eliminira mogućnost pogrešaka pri korištenju ne-završenih PATA-petlji.
SATA standard podržava značajku čekanja naredbi (NCQ od SATA Revizije 2.x). SATA standard ne predviđa uređaje koji se mogu mijenjati bez isključivanja (do SATA Revision 3.x).

ZAKLJUČAK
Arhitektura računala je logična organizacija i struktura hardverskih i softverskih resursa računalnog sustava. Arhitektura uključuje zahtjeve za funkcionalnošću i načela organizacije glavnih komponenti računala.
Vanjska arhitektura modernog osobnog računala je veza monitora, tipkovnice, miša i sustava zvučnika na jedinicu sustava.
Interna arhitektura modernog osobnog računala definirana je njegovim dizajnom čipseta, skupom čipova dizajniranih da rade zajedno za obavljanje niza funkcija. računala Čipset u računalu djeluje kao spojna komponenta koja osigurava zajedničko funkcioniranje memorijskih podsustava, CPU-a, ulazno-izlaznih i drugih. Izbor vrste čipseta ovisi o procesoru s kojim radi i određuje vrste vanjskih uređaja (video kartice, tvrdi diskovi itd.).
Važan smjer u razvoju računalnih alata pete i narednih generacija je intelektualizacija računala, povezana s obdarivanjem elementima inteligencije, intelektualizacija korisničkog sučelja itd. Rad u tom smjeru, utječući prije svega na softver , također će zahtijevati izradu računala određene arhitekture koja se koristi u sustavima upravljanja bazama znanja, - računala baze znanja, kao i druge podklase računala. U tom slučaju računalo mora imati sposobnost učenja, asocijativne obrade informacija i vođenja intelektualnog dijaloga pri rješavanju konkretnih problema.

BIBLIOGRAFIJA

Baldin K.V., Utkin V.B. Informatika: Udžbenik za učenike. sveučilišta. - M.: PROJEKT, 2003.
Banka sažetaka. Autorsko pravo © 2005-2009.http://referat2000.bizforum.ru
Wikipedia, slobodna enciklopedija. http://ru.wikipedia.org/wiki/ Arhitektura_osobnog_računala.
informatike. Osnovni tečaj. Za sveučilišta 2. izdanje / Ed. S. V. Simonovich. SPb.: Piter, 2007. -640s.: ilustr.
Leontiev V.P. Osobno računalo. Džepni vodič. - M.: OLMA-PRESS, 2004.
Leontiev V.P. Najnovija enciklopedija osobnog računala 2005. - M.: OLMA-PRESS Education, 2005. - 800-te: ilustr.
Produkcijska udruga ARAGOR, zgodna banka sažetaka.http://www.aragor. su/info
Rudometov E., Rudometov V. Arhitektura računala, komponente, multimedija. - Sankt Peterburg, 2000.
itd...................

Arhitektura osobnog računala (PC) uključuje strukturu koja odražava sastav osobnog računala i softvera.

Struktura osobnog računala je skup njegovih funkcionalnih elemenata (od glavnih logičkih čvorova do najjednostavnijih sklopova) i veza između njih.

Arhitektura definira principe rada, informacijske veze i međusobnu povezanost glavnih logičkih čvorova računala, koji uključuju procesor, memoriju s slučajnim pristupom, vanjske uređaje za pohranu podataka i periferne uređaje.

Osnovni princip izgradnje svih modernih računala je softversko upravljanje.

Klasična von Neumannova arhitektura

U 1946$ američki matematičari John von Neumann, Herman Goldstein i Arthur Burks, u zajedničkom članku, iznijeli su nova načela za konstrukciju i rad računala. Na temelju ovih principa proizvedena je $1$-ta i $2$-ta generacija računala. Bilo je nekih promjena u sljedećim generacijama, ali su von Neumannova načela (kako su ih zvali) ostala.

Von Neumannova osnovna načela:

1. Korištenje binarnog brojevnog sustava u PC-u, u kojem je uređajima mnogo lakše izvoditi aritmetičko-logičke operacije nego u decimalnim.
2. Kontrola PC softvera. Rad računala kontrolira program koji se sastoji od skupa naredbi koje se izvršavaju uzastopno jedna za drugom. Stvaranje stroja sa pohranjenim programom u memoriji označilo je početak programiranja.
3. Podaci i programi pohranjeni su u memoriji računala. Naredbe i podaci su kodirani na isti način u binarnom obliku.
4. Memorijske ćelije računala imaju sekvencijalno numerirane adrese. Mogućnost pristupa bilo kojoj memorijskoj lokaciji putem adrese omogućila je korištenje varijabli u programiranju.
5. Mogućnost uvjetnog skoka tijekom izvođenja programa. Naredbe na računalu se izvršavaju uzastopno, ali ako je potrebno, možete implementirati prijelaz na bilo koji dio koda.

Osnovni princip je bio da program više nije stalni dio stroja, već promjenjivi, za razliku od hardvera koji ostaje nepromijenjen i vrlo jednostavan.

Von Neumann je također predložio strukturu PC-a (slika 1).

Slika 1. Struktura računala

Sastav von Neumannova stroja uključivao je:

• uređaj za pohranu (memorija);
• aritmetičko-logička jedinica (ALU), koja je izvodila sve aritmetičke i logičke operacije;
• upravljački uređaj (CU), koji koordinira radnje svih strojnih čvorova u skladu s programom;
• I/O uređaji.

Programi i podaci su se unosili u memoriju s ulaznog uređaja preko ALU-a. Sve programske naredbe upisane su u memorijske ćelije sekvencijalno, a podaci za obradu zapisani su u proizvoljne ćelije.

Naredba se sastojala od specificiranja operacije koju treba izvesti, adresa memorijskih ćelija u koje su pohranjeni podaci i na kojima se mora izvršiti potrebna operacija, kao i adrese ćelije u koju se mora upisati rezultat ( za pohranu u memoriju).

Iz ALU-a rezultati se izlaze u memoriju ili izlazni uređaj. U osnovi, ti se uređaji razlikuju po tome što se podaci pohranjuju u memoriju u obliku prikladnom za obradu od strane osobnog računala, a na izlaznim uređajima (monitor, pisač, itd.) u obliku prikladnom za osobu.

Signali s naredbama primaju se od CU prema drugim uređajima, a od ostalih uređaja CU prima informacije o rezultatu njihovog izvršenja.

CU sadrži poseban registar (ćeliju) - programski brojač, u koji se upisuje adresa prve instrukcije programa. CU čita sadržaj odgovarajuće memorijske ćelije iz memorije i stavlja ga u poseban uređaj - registar instrukcija. CU određuje rad naredbe, "označuje" u memoriji podatke čije su adrese navedene u naredbi i kontrolira izvršenje naredbe. Operaciju izvodi ALU ili računalni hardver.

Nakon što se naredba izvrši, programski brojač se povećava za $1$ i pokazuje na sljedeću programsku naredbu. Ako je potrebno izvršiti naredbu koja ne slijedi redom trenutnu, posebna naredba za skok sadrži adresu ćelije na koju se mora prenijeti kontrola.

Moderna PC arhitektura

Arhitektura modernih računala temelji se na principu trunk-modular. Računalo se sastoji od zasebnih dijelova – modula, koji su relativno neovisni PC uređaji (na primjer, procesor, RAM, kontroler, zaslon, pisač, skener, itd.).

Modularni princip omogućuje korisniku da samostalno dovrši potrebnu konfiguraciju računala i po potrebi je ažurira. Modularna organizacija sustava temelji se na glavnom principu razmjene informacija. Za funkcioniranje osobnog računala kao jedinstvenog mehanizma potrebna je razmjena podataka između različitih uređaja, za što je zaslužna sistemska (glavna) sabirnica koja se izvodi u obliku tiskanog mosta na matičnoj ploči.

Glavne značajke arhitekture računala svode se na principe rasporeda hardvera, kao i na odabrani skup hardvera sustava.

Ovu arhitekturu karakterizira njena otvorenost – mogućnost uključivanja dodatnih uređaja (sustavnih i perifernih uređaja) u osobno računalo, kao i mogućnost jednostavnog ugrađivanja korisničkih programa na bilo kojoj razini softvera računala.

Napomena 1

Također, poboljšanje arhitekture računala povezano je s maksimalnim ubrzanjem razmjene informacija s memorijom sustava. Iz sistemske memorije u kojoj su pohranjeni podaci računalo čita sve izvršne naredbe. Dakle, CPU obavlja većinu poziva u memoriju i ubrzanje razmjene s memorijom će dovesti do značajnog ubrzanja cijelog sustava u cjelini.

Jer Prilikom korištenja sistemske sabirnice za razmjenu procesora s memorijom, potrebno je uzeti u obzir ograničenja brzine same sabirnice, tada je nemoguće postići značajno ubrzanje razmjene podataka pomoću sabirnice.

Za rješavanje ovog problema predložen je sljedeći pristup. Memorija sustava umjesto okosnice sustava spojena je na posebnu sabirnicu velike brzine, koja je udaljena bliže procesoru i ne zahtijeva složene međuspremnike i velike udaljenosti. U tom slučaju, memorija se razmjenjuje maksimalnom mogućom brzinom za procesor, a autocesta sustava ga ne usporava. Ova odluka postala je posebno relevantna s povećanjem brzine procesora.

Dakle, struktura osobnog računala s jednom sabirnicom, koja se koristila samo u prvim računalima, postaje trosabirnica.

Slika 2. Struktura računala s tri sabirnice

ALU i CU u modernim računalima čine procesor. Procesor koji se sastoji od jednog ili više velikih integriranih sklopova naziva se mikroprocesor ili mikroprocesorski paket.

Arhitektura višeprocesorskog računala

Prisutnost nekoliko procesora u osobnom računalu znači da se mnogi tokovi podataka i naredbi mogu organizirati paralelno, t.j. Nekoliko fragmenata istog zadatka može se izvršiti u isto vrijeme.

Slika 3. Arhitektura višeprocesorskog računala

Višestrojni računalni sustav

U arhitekturi višestrojnog računalnog sustava, svaki procesor ima svoj vlastiti RAM. Korištenje višestrojnog računalnog sustava učinkovito je u rješavanju problema koji imaju vrlo posebnu strukturu, koja bi se trebala sastojati od onoliko računala koliko je sustav podijeljen na labavo povezane podzadatke.

Višeprocesorski i višestrojni računalni sustavi u brzini imaju prednost u odnosu na jednoprocesorske.

Arhitektura paralelnog procesora

U ovoj arhitekturi, nekoliko ALU-ova radi pod kontrolom jedne upravljačke jedinice. To znači da jedan program, odnosno jedan tok naredbi može obraditi mnogo podataka. Visoke performanse takve arhitekture mogu se postići samo na zadacima u kojima se iste računske operacije izvode istovremeno na različitim skupovima podataka istog tipa.

Slika 4. Arhitektura s paralelnim procesorom

Moderni strojevi često sadrže elemente raznih vrsta arhitektonskih rješenja. Postoje i druga arhitektonska rješenja koja se razlikuju od onih o kojima je gore raspravljano.

Autor24.ru

Arhitektura računalnog sustava: klasifikacija i definicija

Suvremena računalna rješenja mogu se klasificirati na temelju njihove pripadnosti određenoj arhitekturi. Ali što bi to moglo biti? Koji su glavni pristupi razumijevanju ovog pojma?

Arhitektura računalnih sustava kao skup hardverskih komponenti

Koja je bit koncepta "arhitekture računalnog sustava"? Prije svega, odgovarajući se pojam može shvatiti kao skup elektroničkih komponenti koje čine računalo, koje međusobno djeluju unutar određenog algoritma koristeći različite vrste sučelja.

Glavne komponente koje čine računalni sustav su:

• ulazni uređaj;
• glavni računalni čipset;
• uređaji za pohranu podataka;
• komponente za prikaz informacija.

Zauzvrat, svaka od označenih komponenti može uključivati ​​veliki broj pojedinačnih uređaja. Na primjer, glavni računalni čipset može uključivati ​​procesor, čipset na matičnoj ploči, modul za grafičku obradu. U ovom slučaju, isti se procesor može sastojati od drugih komponenti: na primjer, jezgre, cache memorije, registara.

Polazeći, naime, od strukture pojedinih hardverskih komponenti osobnog računala, utvrđuje se kakva je arhitektura računalnog sustava izgrađena. Razmotrimo glavne kriterije prema kojima se mogu klasificirati određena računska rješenja.

Klasifikacija računalnih sustava

Sukladno pristupu uobičajenom među stručnjacima, računalni sustavi po svojoj arhitekturi mogu uključivati:

• na mainframe računala;
• na mini-računalo;
• na osobna računala.

Treba napomenuti da ovu klasifikaciju računalnih rješenja, prema kojoj se može odrediti arhitektura računalnog sustava, mnogi stručnjaci smatraju zastarjelom. Konkretno, ista osobna računala danas se mogu podijeliti na veliki broj varijanti koje su vrlo različite po namjeni i karakteristikama.

Dakle, kako se računalni sustavi razvijaju, arhitektura računala može se klasificirati prema promjenjivim kriterijima. Ipak, navedena shema smatra se tradicionalnom. Bit će korisno detaljnije ga razmotriti. U skladu s njim, prva vrsta računala - ona koja se odnose na arhitekturu velikih strojeva.

Glavna računala

Velika računala, odnosno mainframe, najčešće se koriste u industriji – kao centri za obradu podataka za različite proizvodne procese. U njih se mogu ugraditi snažni čipovi iznimno visokih performansi.

Razmatrana arhitektura računalnog sustava može izvesti do nekoliko desetaka milijardi izračuna u sekundi. Velika računala su neusporedivo skuplja od ostalih sustava. U pravilu, njihovo održavanje zahtijeva sudjelovanje prilično velikog broja ljudi s potrebnim kvalifikacijama. U mnogim slučajevima, njihov rad se obavlja unutar odjela organiziranih kao poslovni računalni centar.

miniračunalo

Arhitektura računalnih sustava i računalnih mreža temeljenih na njima može se predstaviti rješenjima koja se svrstavaju u miniračunala. Općenito, njihova namjena može biti slična onoj u slučaju velikih računala: upotreba ove vrste računala u industriji je prilično česta. Ali, u pravilu, njihova je upotreba tipična za relativno mala poduzeća, srednja poduzeća, znanstvene organizacije.

Moderna miniračunala: mogućnosti

U mnogim slučajevima korištenje ovih računala provodi se upravo radi učinkovitog upravljanja intranetima. Stoga se razmatrana rješenja mogu koristiti, posebice, kao poslužitelji visokih performansi. Opremljeni su i vrlo snažnim procesorima kao što je Intelov Xeon Phi. Ovaj čip može raditi na više od 1 teraflopsa. Odgovarajući procesor je dizajniran za proizvodnju na 22 nm procesnoj tehnologiji i ima propusnost memorije od 240 GB / s5.

Osobna računala

Sljedeća vrsta arhitekture računala je PC. Vjerojatno je najčešći. Računala nisu tako moćna i visokih performansi kao mainframes i mikroračunala, ali u mnogim slučajevima mogu riješiti i industrijske i znanstvene zadatke, a da ne spominjemo tipične korisničke zadatke poput pokretanja aplikacija i igara.

Još jedna značajna značajka koja karakterizira osobna računala je da se njihovi resursi mogu udružiti. Računalna snaga dovoljno velikog broja računala, dakle, može biti usporediva s performansama računalnih arhitektura više klase, ali je, naravno, vrlo problematično postići njihovu razinu nominalno pomoću osobnog računala.

Ipak, arhitekturu računalnih sustava i mreža temeljenih na osobnim računalima karakterizira svestranost u smislu implementacije u različitim industrijama, dostupnost i skalabilnost.

Osobna računala: klasifikacija

Kao što smo već spomenuli, računala se mogu klasificirati u veliki broj varijanti. Među njima: stolna računala, prijenosna računala, tableti, PDA uređaji, pametni telefoni - kombinirajući računala i telefone.

U pravilu stolna računala imaju najmoćniju i najproduktivniju arhitekturu; najmanje moćni su pametni telefoni i tableti zbog svoje male veličine i potrebe za značajnim smanjenjem resursa hardverskih komponenti. No, mnogi odgovarajući uređaji, posebice vrhunski modeli, u načelu su brzinom usporedivi s vodećim prijenosnim računalima i proračunskim stolnim računalima.

Navedena klasifikacija računala ukazuje na njihovu svestranost: u različitim varijantama mogu rješavati tipične korisničke zadatke, industrijske, znanstvene, laboratorijske. Softver, arhitektura računalnih sustava odgovarajućeg tipa, u mnogim je slučajevima prilagođena za korištenje od strane običnog građanina koji nema posebnu obuku, što može zahtijevati osoba koja radi s glavnim ili mini-računalom.

Kako dodijeliti računalno rješenje računalu?

Glavni kriterij za klasificiranje računalnog rješenja kao osobnog računala je činjenica njegove osobne orijentacije. Odnosno, odgovarajuća vrsta računala namijenjena je prvenstveno za korištenje od strane jednog korisnika. Međutim, mnogi od infrastrukturnih resursa na koje on spominje nedvojbeno su društvene prirode: to se može vidjeti u korištenju interneta. Iako je računalno rješenje osobno, praktična učinkovitost njegovog korištenja može se zabilježiti samo ako osoba dobije pristup izvorima podataka koje generiraju drugi ljudi.

Klasifikacija softvera za arhitekturu računala: velika računala i miniračunala

Uz gore spomenutu klasifikaciju računala, postoje i kriteriji za razvrstavanje programa koji su instalirani na odgovarajućim vrstama računalne opreme u jednu ili drugu kategoriju. Što se tiče velikih računala i njima bliskih po namjeni, a u nekim slučajevima i po performansama miniračunala, oni u pravilu imaju mogućnost korištenja nekoliko operacijskih sustava prilagođenih rješavanju specifičnih proizvodnih problema. Konkretno, ovi se OS mogu prilagoditi za pokretanje raznih alata za automatizaciju, virtualizaciju, implementaciju industrijskih standarda, integraciju s raznim vrstama aplikacijskog softvera.

Klasifikacija softvera: osobna računala

Programi za konvencionalna računala mogu se predstaviti u varijantama optimiziranim za rješavanje, zauzvrat, korisničkih zadataka, kao i onih proizvodnih koji ne zahtijevaju razinu performansi koja karakterizira mainframe i miniračunala. Postoje, dakle, programi za PC industrijski, znanstveni, laboratorijski. Softver, arhitektura računalnih sustava odgovarajućeg tipa ovisi o specifičnoj industriji u kojoj se koriste, o očekivanoj razini korisničke vještine: očito je da profesionalna rješenja za industrijski dizajn ne moraju biti dizajnirana za osobu koja ima samo osnovne znanja iz područja računalnih programa.

Programi za PC u raznim varijantama u mnogim slučajevima imaju intuitivno sučelje, različitu referentnu dokumentaciju. Zauzvrat, moć velikih računala i miniračunala može se u potpunosti iskoristiti, pod uvjetom da se ne samo pridržavaju uputa, već i da korisnik redovito mijenja strukturu programa koji se pokreću: to može zahtijevati dodatna znanja, npr. na korištenje jezika.programiranje.

Razine arhitekture softvera računala

Pojam "arhitektura računalnih sustava" udžbenik informatike, ovisno o stavovima autora, može se tumačiti na različite načine. Drugo uobičajeno tumačenje pojma odnosi se na softverske slojeve. Istodobno, nije važno u kojem su konkretnom računskom sustavu implementirane odgovarajuće razine softvera.

U skladu s ovim pristupom arhitekturu računala treba shvatiti kao skup različitih vrsta podataka, operacija, karakteristika softvera koji se koriste za održavanje funkcioniranja hardverskih komponenti računala, kao i stvaranje uvjeta pod kojima korisnik dobiva priliku koristiti te resurse u praksi.

Arhitektura softverskog sloja

Stručnjaci razlikuju sljedeće glavne arhitekture računalnih sustava u kontekstu razmatranog pristupa razumijevanju odgovarajućeg pojma:

• digitalna logička arhitektura računalnog rješenja – zapravo, PC hardver u obliku raznih modula, ćelija, registara – na primjer, smješten u strukturi procesora;
• mikroarhitektura na razini interpretacije različitih mikroprograma;
• arhitektura prijevoda posebnih naredbi - na razini asemblera;
• arhitektura za interpretaciju odgovarajućih naredbi i njihovu implementaciju u programski kod razumljiv operativnom sustavu;
• arhitektura kompilacije koja vam omogućuje izmjene programskih kodova određenih vrsta softvera;
• arhitektura jezika visoke razine koja vam omogućuje prilagodbu programskih kodova za rješavanje specifičnih korisničkih problema.

Značenje klasifikacije softverske arhitekture

Naravno, ova klasifikacija, u kontekstu razmatranja ovog pojma kao odgovarajućih razina softvera, može biti vrlo uvjetna. Arhitektura računala i dizajn računalnih sustava, ovisno o njihovoj proizvodnosti i namjeni, mogu zahtijevati različite pristupe programera u klasificiranju razina softvera, kao i, zapravo, razumijevanju suštine dotičnog pojma.

Unatoč činjenici da su ovi prikazi teoretski, njihovo je adekvatno razumijevanje od velike važnosti, jer doprinosi razvoju učinkovitijih konceptualnih pristupa izgradnji određenih vrsta računalne infrastrukture, omogućuje programerima da optimiziraju svoja rješenja prema potrebama korisnika koji rješavaju specifične problema.

Sažetak

Dakle, definirali smo bit pojma "arhitektura računalnog sustava", kako se može promatrati ovisno o određenom kontekstu. U skladu s jednom od tradicionalnih definicija, odgovarajuća arhitektura može se shvatiti kao hardverska struktura osobnog računala, koja određuje razinu njegovih performansi, specijalizacije i zahtjeve za kvalifikacijom korisnika. Ovaj pristup uključuje klasifikaciju modernih računalnih arhitektura u 3 glavne kategorije - velika računala, miniračunala i računala (koja, zauzvrat, također mogu biti predstavljena raznim vrstama računalnih rješenja).

U pravilu je svaka vrsta ovih arhitektura dizajnirana za rješavanje određenih problema. U industriji se najčešće koriste glavna računala i miniračunala. Uz pomoć osobnog računala također je moguće riješiti širok raspon proizvodnih zadataka, provoditi inženjerski razvoj - za to je prilagođena i odgovarajuća arhitektura računalnih sustava. Laboratorijski rad, znanstveni eksperimenti s takvom opremom postaju jasniji i učinkovitiji.

Drugo tumačenje dotičnog pojma uključuje njegovu korelaciju s određenim razinama softvera. U tom smislu, arhitektura računalnih sustava je radni program koji osigurava funkcioniranje osobnog računala, kao i stvaranje uvjeta za korištenje njegove računalne snage u praksi za rješavanje određenih korisničkih problema.

fb.ru

Što je PC arhitektura

Arhitektura modernog računala je logična organizacija, struktura i resursi, odnosno mehanizmi računalnog sustava. Potonji se može dodijeliti za određeni vremenski interval za proces obrade informacija.

Pravila za izradu osobnog računala

Osnova modernog računala su principi arhitekture računala koje je formulirao John Neumann:

1. Kontrola softvera. Sastoji se od skupine instrukcija koje procesor izvršava automatski (jedna za drugom u određenom slijedu).

2. Homogenost pamćenja. Programi i drugi podaci pohranjeni su u jednom dijelu memorije. Iste se radnje izvode i za podatke i za naredbe.

3. Ciljanje. Glavna memorija sastoji se od numeriranih sektora (ćelija).

Izrada osobnog računala

Klasična PC arhitektura temelji se na gore navedenim principima. Određuje uvjete rada, informacijske veze, međusobnu povezanost glavnih logičkih čvorova osobnog računala. To uključuje vanjsku i glavnu memoriju, središnju procesorsku jedinicu i periferne uređaje.

Osobno računalo je strukturno izrađeno u obliku glavne jedinice sustava. Periferni uređaji su spojeni na njega putem specijaliziranih konektora. Arhitektura računala sadrži sljedeće glavne komponente: matičnu ploču, napajanje, tvrdi magnetski i optički pogon, sučelja za dodatne i vanjske uređaje. Zauzvrat, mikroprocesor, generator taktnih impulsa, matematički koprocesor i memorijski čipovi nalaze se na matičnoj ploči (sistemskoj) ploči. Kao i timer, kontroleri za periferne uređaje, video i zvučnu karticu.

Arhitektura računala temelji se na principu modularne okosnice. Ovo pravilo omogućuje korisniku da samostalno dovrši potrebnu konfiguraciju osobnog računala, a također (ako je potrebno) da ga nadogradi. Pogodnost modularne organizacije sustava leži u glavnom principu razmjene podataka. Kontroleri svih uređaja stupaju u interakciju s RAM-om i mikroprocesorom putem glavne linije za prijenos informacija, koja se naziva "sistemska sabirnica". Izrađen je u obliku tiskanog mosta na matičnoj ploči. Sabirnica sustava glavno je sučelje računala, a oko njega je izgrađena cijela PC arhitektura. Upravo ovaj element omogućuje komunikaciju i uparivanje svih uređaja međusobno. Sistemska sabirnica proizvodi tri smjera prijenosa podataka:

Između glavne memorije i mikroprocesora;

Između ulaznih i izlaznih priključaka vanjskih uređaja i procesora;

Između portova i glavne memorije.

Vanjski uređaji osobnog računala omogućuju povezivanje potonjeg s okolinom: kontrolnim objektima, korisnicima i drugim računalima.

Glavne funkcionalne karakteristike osobnog računala:

1. Brzina, performanse, frekvencija sata.

2. Širina kodnih sabirnica sučelja i mikroprocesora.

3. Vrste lokalnih i sistemskih kontrolera.

4. Veličina RAM-a.

5. Kapacitet tvrdog diska.

6. Dostupnost, veličina i vrste cache memorije.

7. Vrsta video adaptera.

8. Vrsta multimedijskog zvuka.

9. Softver.

10. Hardverska kompatibilnost s drugim osobnim računalima.

11. Sposobnost rada stroja u računalnoj mreži, kao iu multitasking modu.

Računalni sustavi i njihova klasifikacija

Predavanje #2

1. Računalni sustavi i njihova klasifikacija. jedan

2. Arhitektura osobnog računala. 6

3. Vrste i namjena računalnih mreža. četrnaest

4. Arhitektura računalne mreže. 20

5. Metode međusobnog povezivanja mrežnih uređaja. 23

6. Klasifikacija računalnih mreža. 24

7. Hijerarhijske mreže. 26

U današnjem informacijskom društvu računalo nije luksuz, već sredstvo za rješavanje određenih problema. A budući da su zadaci različite složenosti i mogu se odnositi na različita područja aktivnosti, računala bi trebala biti različita. Ali to ne znači da za rješavanje svakog zadatka trebamo kupiti novo računalo, već moramo jasno razumjeti omjer razine zadatka i snage računala.

Računalo je višeznačan pojam, koji se najčešće koristi kao oznaka programski upravljanog elektroničkog uređaja za obradu informacija. Iako je danas, kada govorimo o obradi, pohranjivanju i primanju informacija, ispravnije koristiti termin računalni sustav (CS).

Za prosuđivanje sposobnosti računalnih sustava obično se dijele u skupine prema određenim karakteristikama, t.j. klasificirati. Postoji dosta sustava klasifikacije. Pogledat ćemo samo neke od njih, s fokusom na one koji se najčešće spominju u dostupnoj tehničkoj literaturi i medijima.

Po fazama stvaranja i korištena baza elemenata računala uvjetno se dijele na generacije:

Prva generacija, 50-e; Računalo na elektroničkim vakuumskim cijevima.

Druga generacija, 60-e; Računala na diskretnim poluvodičkim uređajima (tranzistori).

Treća generacija, 70-te; Računala temeljena na poluvodičkim integriranim krugovima s niskim i srednjim stupnjem integracije (stotine - tisuće tranzistora u jednom paketu).

· Četvrta generacija, 80-e; Računala na velikim i ultra-velikim integriranim krugovima - mikroprocesorima (deseci tisuća - milijuni tranzistora u jednom.

· Peta generacija, 90-e; Računala s više desetaka mikroprocesora koji rade paralelno, što omogućuje izgradnju učinkovitih sustava za obradu znanja; Računala na ultra-složenim mikroprocesorima s paralelnom vektorskom strukturom, koja istovremeno izvode desetke uzastopnih programskih instrukcija;

Šesta i sljedeće generacije; optoelektronička računala s paralelizmom mase i neutronskom strukturom – s distribuiranom mrežom velikog broja (desetke tisuća) jednostavnih mikroprocesora koji simuliraju arhitekturu neutronskih bioloških sustava.

Svaka sljedeća generacija računala u odnosu na prethodne ima znatno bolje karakteristike. Povećavaju se performanse računala i kapacitet svih uređaja za pohranu podataka, dok se dimenzije smanjuju.

Po dogovoru:

Univerzalni su namijenjeni rješavanju široke klase problema (od matematičkih proračuna do multimedijske obrade), t.j. takvi zrakoplovi moraju služiti softverskim aplikacijama dizajniranim za vrlo različita i široko odvojena područja znanstvenih istraživanja.

Problemski orijentirana računala služe za rješavanje užeg spektra problema vezanih, u pravilu, uz upravljanje tehnološkim objektima; registracija, prikupljanje i obrada relativno malih količina podataka; izvođenje izračuna korištenjem relativno jednostavnih algoritama; imaju ograničene hardverske i softverske resurse u usporedbi s mainframe računalima.

Računala usmjerena na probleme uključuju, posebice, sve vrste upravljačkih računalnih sustava.

Specijalizirani su usmjereni na rješavanje uske klase problema. Uska usmjerenost ovih zrakoplova omogućuje jasnu specijalizaciju njihove strukture, značajno smanjenje njihove složenosti i cijene uz zadržavanje visokih performansi i pouzdanosti njihova rada.

Klasifikacija računala prema takvim pokazateljima kao što su dimenzije i performanse može se prikazati na sljedeći način.

po veličini:

super-veliki (superračunalo)

velika

ultra-mali (mikroračunalo)

Funkcionalnost računala određuje najvažnije tehničke i operativne karakteristike:

brzina, mjerena prosječnim brojem operacija koje izvodi stroj u jedinici vremena;

Dubina bita i oblici prikaza brojeva s kojima računalo radi;

nomenklatura, kapacitet i brzina svih uređaja za pohranu podataka;

· nomenklatura i tehničko-ekonomske karakteristike vanjskih uređaja za pohranu, razmjenu i ulaz-izlaz informacija;

Vrste i kapacitet komunikacijskih uređaja i međusobno povezivanje računalnih čvorova (sučelje u stroju);

Sposobnost računala da istovremeno radi s više korisnika i izvršava više programa istovremeno (multiprogramiranje);

vrste i tehničke i operativne karakteristike operativnih sustava koji se koriste u stroju;

Dostupnost i funkcionalnost softvera;

sposobnost izvršavanja programa napisanih za druge vrste računala (softverska kompatibilnost s drugim vrstama računala);

sustav i struktura strojnih uputa;

sposobnost povezivanja na komunikacijske kanale i na računalnu mrežu;

operativna pouzdanost računala;

· koeficijent korisnog korištenja računala u vremenu, određen omjerom vremena korisnog rada i vremena prevencije.

Do superračunalo uključuju moćna višeprocesorska računala s brzinom od stotine milijuna – deseci milijardi operacija u sekundi. Superračunala se koriste za rješavanje složenih i velikih znanstvenih problema (meteorologija, hidrodinamika itd.), u upravljanju, izviđanju, kao centralizirana spremišta informacija itd.

Glavna računala u inozemstvu se najčešće nazivaju glavnim računalima (Mainframe). Oni su do danas ostali najmoćniji računalni sustavi opće namjene (ne računajući superračunala) koji pružaju kontinuirani rad 24 sata dnevno.

poslužitelj - moćno računalo u računalnim mrežama koje pruža usluge računalima spojenim na njega i pristup drugim mrežama. Svako računalo, ako na njega instalirate odgovarajući mrežni softver, može postati poslužitelj.

Mala računala(mini računala) - pouzdana, jeftina i jednostavna za korištenje računala s nešto nižim mogućnostima od velikih računala.

Mikroračunala- Riječ je o računalima u kojima je središnja procesorska jedinica izrađena u obliku mikroprocesora. Napredni modeli mikroračunala imaju nekoliko mikroprocesora. Performanse računala određuju se ne samo karakteristikama mikroprocesora koji se koristi, već i kapacitetom RAM-a, vrstama perifernih uređaja, kvalitetom dizajnerskih rješenja itd.

Mikroračunala su alati za rješavanje raznih složenih problema. Njihovi mikroprocesori svake godine povećavaju snagu, a periferni uređaji povećavaju učinkovitost.

Osobna računala(PC) su mikroračunala opće namjene dizajnirana za jednog korisnika i kojima upravlja jedna osoba.

Klasa osobnih računala uključuje razne strojeve - od jeftinih kućnih računala i igraćih konzola povezanih s televizorima, do ultrasloženih strojeva s moćnim procesorom, desecima gigabajta memorije, grafičkim uređajima visoke razlučivosti, multimedijom i drugim dodatnim uređaja.

Zahtjevi za osobno računalo:

koštaju od nekoliko stotina do 5-10 tisuća dolara;

Dostupnost vanjskih uređaja za pohranu podataka na magnetskim i optičkim medijima;

Količina RAM-a nije manja od 4 MB;

prisutnost operativnog sustava;

sposobnost rada s programima na jezicima visoke razine;

Orijentacija korisnika - neprofesionalna (u jednostavnim modelima).

Prijenosna računala sada je postao vrlo moderan uređaj. Sada ga ne biraju samo poslovni čelnici, menadžeri, znanstvenici, novinari koji moraju raditi izvan ureda - kod kuće, na prezentacijama ili tijekom poslovnih putovanja, već i studenti, kao i oni koji žele uštedjeti prostor kod kuće.

Glavne vrste prijenosnih računala:

Prijenosno računalo(Engleski) bilježnica – notepad, notepad PC). Jedna od najpopularnijih sorti. Glavni konkurent stolnim računalima u smislu potražnje. Gotovo svi znaju za to. U mnogočemu nije inferioran u odnosu na konvencionalno računalo u pogledu performansi, a još više u mobilnosti. Samo je nastalo da bude mobilno. Tako da ga možete ponijeti sa sobom, prošetati parkom, sjesti na klupu i raditi na otvorenom. A s njim se može i u inozemstvo, jer stane u malu torbu.

Laptopom upravlja tipkovnica i touchpad koji funkcionira kao običan stolni miš. Oba uređaja su ugrađena, kao i zaslon prijenosnog računala. Kućište je poput knjige čiji se sadržaj može pročitati samo otvaranjem. U otvorenom položaju drže ga šarke, najčešće smještene sa strane. Kada je zatvorena, to je plastična knjiga, obično teška tri kilograma ili više. Ponekad postoje metalni primjerci.

netbook(Engleski) netbook). Smanjena kopija običnog prijenosnog računala, što je omogućilo špekulantima - proizvođačima da značajno spuste cijene na tržištu prijenosnih računala. Za razliku od svoje starije braće i sestara, puno su jeftiniji, ali se moraju zadovoljiti i znatno manjim veličinama, performansama, tipkovnicom, touchpadom, ekranom i svime ostalim što se može vidjeti na laptopu.

Tablet PC(tablet računalo, tablet PC) – najmanjih modernih osobnih računala. Pristaje na dlan. Opremljen zaslonom osjetljivim na dodir i omogućuje vam rad s olovkom ili prstima, i sa i bez upotrebe tipkovnice i miša.

Dakle, razlikuju se sljedeće klasifikacije računalne opreme:

po fazama razvoja (po generacijama);

u arhitekturi;

u smislu izvedbe

prema uvjetima rada;

Po broju procesora

· prema potrošačkim svojstvima itd.

Međutim, u modernoj računalnoj tehnologiji ne postoje jasne granice. Kako se strukture i proizvodne tehnologije poboljšavaju, pojavljuju se nove klase računala, granice postojećih klasa značajno se mijenjaju.

Računalo je univerzalni tehnički sustav za prikupljanje, obradu i prijenos informacija. Kada se razmatraju računalni uređaji, uobičajeno je razlikovati njihovu arhitekturu i strukturu.

Godine 1946.-1948. na Sveučilištu Princeton (SAD), tim istraživača predvođen John von Neumann razvio računalni projekt koji nikada nije implementiran, ali se ideje o tome koriste do danas. Ovaj projekt nazvan je von Neumannov stroj ili Princeton stroj. Principi računalnog stroja koje je formulirao von Neumann su sljedeći:

1. Princip upravljanja programom(program se sastoji od skupa instrukcija koje procesor automatski izvršava jednu za drugom u određenom slijedu).

2. Princip homogenosti memorije(programi i podaci pohranjeni su u istoj memoriji; na naredbama možete izvoditi iste radnje kao i na podacima).

3. Princip ciljanja(glavna memorija strukturno se sastoji od numeriranih ćelija).

Arhitektura modernih osobnih računala temelji se na principu trunk-modular. Modularni princip omogućuje potrošaču da dovrši konfiguraciju računala koja mu je potrebna i da ga nadogradi.

Modularna organizacija sustava temelji se na glavnom (sabirničkom) principu razmjene informacija. Okosnica (sistemska sabirnica) je skup elektroničkih linija koje povezuju središnji procesor, memoriju sustava i periferne uređaje zajedno.

Riža. 1.5. Arhitektura računala po principu trunk-modular

Skup žica uključenih u sistemsku sabirnicu može se podijeliti u zasebne grupe: adresna sabirnica, sabirnica podataka i kontrolna sabirnica.

Sabirnica podataka. Ova sabirnica prenosi podatke između različitih uređaja. Bitnost sabirnice podataka određena je bitnošću procesora, t.j. broj bitova koje procesor obrađuje u jednom ciklusu takta.

Adresna sabirnica. Svaka RAM ćelija ima svoju adresu. Adresa se prenosi preko adresne sabirnice. Širina adresne sabirnice određuje adresni prostor procesora, t.j. broj RAM ćelija koje mogu imati jedinstvene adrese.

Upravljačka sabirnica. Upravljačka sabirnica prenosi signale koji određuju prirodu razmjene informacija na autocesti. Kontrolni signali određuju koju operaciju - čitanje ili upisivanje informacija iz memorije - treba izvesti, sinkroniziraju razmjenu informacija između uređaja itd.

Svi uređaji (moduli) računala su spojeni na sabirnicu, međutim, samo procesor i RAM se mogu spojiti direktno na sabirnicu, ostali uređaji povezani su pomoću posebnih odgovarajućih uređaja - kontrolera (kontroler tipkovnice, kontroler video memorije, itd.)

Razmotrite sastav i svrhu glavnih blokova računala. Trenutno se u osnovnoj konfiguraciji razmatraju četiri uređaja:

· jedinica sustava;

Monitor

tipkovnica;

Jedinica sustava. Sve glavne komponente stolnog računala nalaze se unutar jedinice sustava. Uređaji koji se nalaze unutar jedinice sustava nazivaju se unutarnjim, a uređaji spojeni na nju izvana nazivaju se vanjskim. Vanjski dodatni uređaji dizajnirani za unos, izlaz i dugotrajnu pohranu podataka također se nazivaju perifernim.

Arhitektura računala određuje princip rada, informacijske veze i međusobnu povezanost glavnih logičkih čvorova računala:

središnji mikroprocesor;

glavna memorija

Vanjska memorija

perifernih uređaja.

Mikroprocesor (MP). Ovo je središnja jedinica osobnog računala, dizajnirana za kontrolu rada svih jedinica stroja i za obavljanje aritmetičkih i logičkih operacija nad informacijama.

Namjena procesora:

1. upravljati radom računala prema zadanom programu;

2. obavljati operacije obrade informacija.

Mikroprocesor je izrađen u obliku ultra velikog integriranog kruga. Izraz "veliki" ne odnosi se na veličinu, već na broj elektroničkih komponenti postavljenih na malu silicijsku pločicu. Njihov broj doseže nekoliko milijuna. Što više komponenti sadrži mikroprocesor, to su performanse računala veće. Najmanji mikroprocesorski element je 100 puta manji od promjera ljudske kose. Mikroprocesor je umetnut iglama u posebnu utičnicu na matičnoj ploči koja ima oblik kvadrata s nekoliko redova rupa po obodu.

Mogućnosti računala kao univerzalnog izvršitelja za rad s informacijama određene su sustavom zapovijedanja procesora. Ovaj sustav instrukcija je jezik strojnih instrukcija (MIL). NML naredbe se koriste za sastavljanje računalnih upravljačkih programa. Jedna naredba definira jednu operaciju (radnju) računala. U NML-u postoje naredbe pomoću kojih se izvode aritmetičke i logičke operacije, operacije za kontrolu slijeda izvršavanja naredbi, operacije za prijenos podataka s jednog memorijskog uređaja na drugi itd.

NA Sastav mikroprocesora uključuje:

Upravljački uređaj (CU) - generira i isporučuje određene upravljačke signale (kontrolne impulse) svim blokovima stroja u pravo vrijeme, zbog specifičnosti operacije koja se izvodi i rezultata prethodnih operacija; formira adrese memorijskih ćelija koje se koriste za operaciju koja se izvodi i prenosi te adrese odgovarajućim računalnim jedinicama; kontrolni uređaj prima referentni slijed impulsa od generatora taktnih impulsa;

Aritmetičko-logička jedinica (ALU) - dizajnirana za izvođenje svih aritmetičkih i logičkih operacija nad numeričkim i simboličkim informacijama (u nekim modelima računala na ALU je spojen dodatni matematički koprocesor kako bi se ubrzalo izvođenje operacija);

Mikroprocesorska memorija (MPM) - služi za kratkoročno snimanje i izdavanje informacija koje se izravno koriste u proračunima u sljedećim ciklusima stroja, jer glavna memorija (OP) ne osigurava uvijek brzinu pisanja, pretraživanja i čitanja informacija potrebno za učinkovit rad mikroprocesora velike brzine. Registri - memorijske ćelije velike brzine različitih duljina (za razliku od OP ćelija koje imaju standardnu ​​duljinu od 1 bajta i manju brzinu);

mikroprocesorski sustav sučelja – provodi uparivanje i komunikaciju s drugim PC uređajima; uključuje interno MP sučelje, registre za pohranu međuspremnika i kontrolne krugove za ulazno-izlazne portove (IOP) i sistemsku sabirnicu. Sučelje (sučelje) - skup sredstava sučelja i komunikacije računalnih uređaja, osiguravajući njihovu učinkovitu interakciju. I / O - Ulazni / Izlazni port - oprema sučelja koja vam omogućuje spajanje drugog PC uređaja na mikroprocesor.

Najvažnija karakteristika procesora je taktna frekvencija- broj operacija koje je izvršio u 1 sekundi (Hz). Procesor 8086, kojeg je Intel proizveo za IBM-ova osobna računala, mogao je izvesti najviše 10 milijuna operacija u sekundi, t.j. frekvencija mu je bila 10 MHz. Frekvencija takta procesora 80386 je već bila 33 MHz, a Pentium procesor u prosjeku obavlja 100 milijuna operacija u sekundi.

Osim, svaki specifični procesor može raditi s najviše određenom količinom RAM-a. Za procesor 8086 taj iznos je bio samo 1 MB, za procesor 80286 se povećao na 16 MB, a za Pentium je 1 GB. Usput, u računalu, u pravilu, postoji mnogo manja količina RAM-a od maksimalno mogućeg za njegov procesor.

Procesor i glavna memorija nalaze se na velikoj ploči tzv majčinski. Za spajanje raznih dodatnih uređaja na njega (pogoni, manipulatori tipa miša, pisači itd.), koriste se posebne ploče - kontrolori. Uključuju se u utičnice. (utori) na matičnoj ploči, a prema njihovom kraju (luka), izvan računala spojen je dodatni uređaj.

Primjeri karakteristika mikroprocesora:

1. MP Intel-80386: adresni prostor - 232 bajta = 4 GB, dubina bita 32, frekvencija takta - od 25 do 40 MHz

2. MP Pentium: adresni prostor - 232 bajta = 4 GB, kapacitet - 64 TB, frekvencija takta - od 60 do 100 MHz.

Memorija računala. Memorija računala dijeli se na unutarnju i vanjsku.

Interna memorija osobnog računala uključuje memoriju s slučajnim pristupom (RAM) i memoriju samo za čitanje (ROM).

RAM je brza, poluvodička, hlapljiva memorija. RAM pohranjuje program koji se trenutno izvodi i podatke s kojima izravno radi. To znači da kada pokrenete računalni program koji se nalazi na disku, on se kopira u RAM, nakon čega procesor počinje izvršavati upute navedene u ovom programu. Dio RAM-a, nazvan "video memorija", sadrži podatke koji odgovaraju trenutnoj slici na ekranu. Kada se napajanje isključi, sadržaj RAM-a se briše. Brzina (brzina) računala izravno ovisi o veličini njegove RAM memorije, koja u modernim računalima može doseći i do 4 GB. U prvim modelima računala, RAM nije bio veći od 1 MB. Moderni aplikacijski programi često zahtijevaju najmanje 4 MB RAM-a za rad; inače, jednostavno neće trčati.

RAM je memorija koja se koristi i za čitanje i za pisanje informacija. Kada se napajanje isključi, informacije u RAM-u nestaju (nestalnost).

ROM je brza, nepromjenjiva memorija. ROM je memorija samo za čitanje. Podaci se u njega unose jednom (obično u tvornici) i trajno se pohranjuju (kada se računalo uključi i isključi). ROM pohranjuje informacije čija je prisutnost stalno potrebna u računalu.

ROM sadrži:

testne programe koji provjeravaju ispravan rad svojih blokova svaki put kada se računalo uključi;

· programi za upravljanje glavnim perifernim uređajima - pogonom, monitorom, tipkovnicom;

informacije o tome gdje se operativni sustav nalazi na disku.

Glavna memorija se sastoji od registara. Registar je uređaj za privremeno pohranjivanje podataka u digitaliziranom (binarnom) obliku. Element pohrane u registru je okidač - uređaj koji može biti u jednom od dva stanja, od kojih jedno odgovara pohranjivanju binarne nule, a drugo pohranjivanju binarne. Okidač je sićušni kondenzator baterije koji se može puniti više puta. Ako je takav kondenzator napunjen, čini se da pamti vrijednost "1", ako nema naboja, vrijednost "O". Registar sadrži nekoliko međusobno povezanih japanki. Broj flip-flopova u registru naziva se dubina bita računala. Performanse računala izravno su povezane s dubinom bita, koja može biti jednaka 8, 16, 32 i 64.

matična ploča. Najveća elektronička ploča u računalu je matična ploča ili matična ploča. U njemu se nalazi mikroprocesor, RAM, sabirnica (ili gume), BIOS. Osim toga, postoje elektronički sklopovi (kontroleri) koji upravljaju nekim računalnim uređajima. Dakle, kontroler tipkovnice je uvijek na matičnoj ploči. Često postoje i kontroleri za druge uređaje (tvrdi diskovi, diskete itd.).

Kontrolori. Elektronički sklopovi koji upravljaju raznim računalnim uređajima nazivaju se kontroleri. Sva računala imaju kontrolere za upravljanje tipkovnicom, monitorom, disketnim pogonima, tvrdim diskom i tako dalje. U većini računala neki se kontroleri nalaze na zasebnim elektroničkim pločama – upravljačkim pločama. Ove se ploče umetnu u posebne konektore (utore) na matičnoj ploči. Kada se umetne u konektor matične ploče, kontroler je spojen na sabirnicu - okosnicu.

Izvor snage. Ovo je blok koji sadrži autonomne i mrežne sustave napajanja za PC.

vanjska memorija. Odnosi se na vanjske uređaje računala i koristi se za dugotrajno pohranjivanje svih informacija koje bi ikada mogle biti potrebne za rješavanje problema. Konkretno, sav računalni softver pohranjen je u vanjskoj memoriji. Vanjska memorija sadrži razne vrste uređaja za pohranu podataka, ali najčešći, dostupni na gotovo svakom računalu, su tvrdi diskovi (HDD), optički pogoni (CD-ROM, CD-R, CR-W, DVD) itd.