Лекция: Магистрально-модульный принцип построения компьютера

В основу архитектуры современных персональных компь­ютеров положен магистрально-модульный принцип. Модуль­ный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

1.1.1. Магистраль

Магистраль (системная шина) включает в себя три много­разрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управ­ления, которые представляют собой многопроводные линии (рис. 1.1). 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.

Компьютер и программноеобеспечение

Шина данных (8, 16, 32, 64 бита) Шина адреса (16, 20, 24, 32, 36 битов)

Рис. 1.1. Магистрально-модульное устройство компьютера

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. Количество адресуемых ячеек памяти мож­но рассчитать по формуле:

N = 2, где / — разрядность шины адреса. Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресу­емых ячеек памяти равно:

N = 236 = 68 719476 736. 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.

1.1.2. Процессор и оперативная память

Процессор.Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не является «большой» по размеру и представля­ет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковую