Архитектура на персоналните микрокомпютри


Категория на документа: Информатика


Тема 1
Архитектура на персоналните микрокомпютри
Развитието на РС е непрекъснат стремеж към тяхното усъвършенстване и към разширяване на функционалният им обхват.Под архитектура на изчислителната система ще разбираме съвкупността от различни технически и програмни средства и тяхното разпространение по функционални нива, както и разпределението на функциите между техническото и програмното осигуряване.Съвременното РС се отличава с разнообразие в архитектурната си концепция, което е обусловено от множество фактори: развитието на елементната база и програмното осигуряване, разнообразие от концепции на фирмите производители, усъвършенстване на системата вход-изход, икономически фактори. Основните принципи на работа на ЕИМ са формулирани от американският математик Джон фон Нойман през 1946г и са валидни за всички класове и модели компютри от първо до четвърто поколение. Същността им се свежда до използването на двоична бройна система за представяне на числата и използването на програма, която се съхранява в ЕИМ и управлява нейната работа.Обобщена схема на компютър - класическа архитектура на Джон фон Нойман:Архитектура=определя разделението на компютъра на функционални нива с точни граници между тях и строго определяне на функциите им.Структура=детайлизира функционалните модули до конкретни устройства и възли; показва връзкатамеждутях. 1 Външна памет; 2 Системна памет; 3 Процесор; 4 Сист. Конфигурация; 5 Входящи у-ва; 6 Изход. У-ва; 1-2; 2-1; 2-3; 3-2; 5-2; 2-6;
1)Вх. устройства - въвеждат информацията в системната памет. Те са интерфейса м/у потребителя и системната памет.2)Системна памет - съхранява активните (стартирани от потребителя или ОС) програми под чието управление работи компютъра и необходимитеимданни3)Изходящи устройства - извежда резултатите от обработката във вид удобен за ползване от потребителя.4)Процесор - управлява цялостната работа на хардуера в съответствие с използваната програма/ОС и обработва данните в съответствие с нея.5)Външна памет - за постоянно съхраняване на информацията след приключване на работа Ключови решения обогатили класическата архитектура.-Представяне на данните с плаваща запетая - 1952г-Микропрограмно управление 1951/52г. Кодът на инструкциите се дешифрира и изпълнението на програмата се свежда до изпълнение на серия микро-команди (микропрограма), запаметени в пост. памет на компютъра.-IBM 1958г. - косвена адресация на оперативната памет и канална организация.-Виртуална памет 1959г.-Конвейерна обработка, паралелни изчисления, супер скаларни структури.-Специфичен момент е принципно новата елементно-конструктивна база:1.Дискретна - базирана на дискретни елементи.2.Интегрални схеми - силициев кристал, с размери от няколко мм, обработен по специална технология, така че да моделира работата на отделните елементи и връзките м/у тях. Те са със свръх висока степен на интеграция.Архитектура на 16 и 32 битови микрокомпютри:Базовият елемент на системната конфигурация е микропроцесорът, който по системната процесорна шина се свързва със съпровождащите периферни схеми (тактови генератори, контролери за обработка на прекъсванията, администратори на входно изходният канал и др.). Системната конфигурация е обвивката на микропроцесорния чип, поддържа неговата работоспособност и интерфейса с периферните устройства.Решаващ компонент на системната конфигурация е системният магистрален контролер. Той осъществява периферното преобразование: входно изходен канал - магистрала на процесора. От неговото бързодействие зависи съществено общата производителност на микропроцесорната конфигурация.
Входно-изходен канал е елемент от архитектурата на РС, който осъществява реалният двупосочен обмен между системната конфигурация и наборът от периферни устройства, формиращи завършената изчислителна с-ма, ориентирана към потребителско използване. Вх-изх канал е изведен на клупингите за разширение на системната конфигурация (слотовете на дънната платка на компютъра).Типове входно-изх канали: XT, ISA, EISA, VESA (морално остарели и почти неизползваеми в днешно време) и PCI, AGP, PCI Express, ATA, SATA, SCSI.Микрокомпютърът е апаратно-програмна изчислителна с-ма, в основата на която стои микропроцесорният чип.Системен интерфейс - стандарти:Съвкупността от средства и принципи осигуряващи връзката между различните устройства при изпълнение на функциите на компютъра се нарича системен интерфейс. В микрокомпютрите системният интерфейс е реализиран във вид на шина, към която са включени устройствата. Шината представлява обща магистрала, по която във вид на електрически сигнали диференцирано се предава необходимата за работата на компютъра информация - данни, адреси, управляващи сигнали. Шината организация на системният интерфейс опростява неговата реализация, но значително намаля производителността на компютъра. Прието е системни компоненти, свързани към шината да се наричат устройства. В определен момент от време само едно е главно (активно), докато другите са подчинени (в режим на изчакване). На главното шинно устройство е разрешено да управлява трансфера на данни. То избира подчинените устройства с подаване на адресна информация по шината. Всяко подчинено устройство сравнява тази информация със своя собствен адрес и ако адресите съвпадат, между главното и подчиненото устройство се установява връзка. Физически шината представлява многожичен коаксиален кабел, чиито линии (за предаване на двоична информация) по предназначение се разделят на 3 групи : за данни, за адресиране, за предаване на управляващите сигнали.Адресни шини - по тях се предават адресите, чрез които се определя клетка в паметта или вх.-изх. устройство. Адресите се изработват от МП. Броят на адресите, които могат да бъдат адресирани от процесора зависи от броя на шините=к. Брой адреси=2к. От броя на адресните шини зависи капацитета на паметта, т.е. броят на физич. адреси. Физически адресируемото пространство може да бъде:-разделено - има отделни адреси за вх-изх устр-ва (за портове) и за клетките в паметта.-общо - адреси не се дублират.АШ са еднопосочни от микропроцесорът към всички останали устройства, защото микропроцесорът формира адресите (на следващата за използване инструкция).Шини за данни - по тях се обменя информация м/у отделните устройства отключени към системната шина (инструкции, данни, резултати). ШД са двупосочни. Тяхната разрядност е еднаква или 2 пъти по-малка от разрядността на процесорът. Ако разрядността на ШД е по-малка то думата се мултиплицира (наслагва) при поток ШД-Проц и се демултиплицира при поток Проц-ШД.Управляващи шини - по тях се подават управляващи сигнали, стартиращи дадена операция (инструкция). Всяка УШ има специфична функция -появата/ липсата на сигнал у нея разрешава/ забранява точно определена операция. В документацията всяка шина има свое означение, което носи и упр.сигнал по нея. Сигнал по УШ MEMW разрешава и управлява записа в сист.памет на информацията, която чете по ШД в адреса специфициран от АШ.Шинна архитектура в съвременните РС се използват различни концепции на шинна организация. Най-разпространената е йерархичната шинна структура. В йерархията от шини могат да бъдат разграничени 2 основни нива: високоскоростна шина за обмен м/у процесора и паметта и втора шина (системна), с по-ниска скорост на работа, за осъществяване на обмен външни устройства. Към системната шина се свързват адаптери(контролери) за управление на различните типове външни устройства. Системната шина е едно от тесните места в архитектурата на микро-ЕИМ. Нарастващото бързодействие на процесорите не може да осигури висока производителност на компютъра при ниски скорости на работа на системната шина. Търсенето на решение на проблема довежда до разработването на стандарти за системни шини, а по-късно и до развитие на шинната архитектура. Използваните стандарти ISA, EISA, MCA със следните характеристики са вече морално остарели и почти неизползваеми. : ТАБЛИЦА: (Категории) Макс разряд на бита; Тактова честота (МНz); Брой поддържани периферни у-ва; КОЛОНИ: ISA : 16;8;>12; EISA: 32; 8.3; >12; MCA: 32;10; >12;
Независимо от своите предимства системната шина не решава проблема с бързодействието на обмена на информация с периферните устройства. За ускоряване обмена на информация с високоскоростна периферия (видео-платка, твърд диск, работа в мрежа) е въведено използването на локална шина, която се свързва непосредствено с шината процесор-памет. Към нея се присъединяват графичната платка на видеомонитора, дисковия и мрежов контролер, и контролера на системната шина. Разработени са два основни стандарта на локални шини: VESA Local Bus(VL), Peripheral Component Interconnect (PCI), Accelerated Graphics Port, PCI Express.; ТАБЛИЦА: редове- Макс. Разбер на бита; Тактова честоте; Брой поддържани периферни у-ва; КОЛОНИ: PCI: 32/64; 33/66; >12; AGP: 32/64; 133;>12; PCI Express: 32/64; 133; >12
Видове архитектури:-VLBus-към новата шина се свързват бързите утройства,а към ISA са свързани бавните устройства.С това се осигурява бърз интерфейс за устройства които имат нужда от това и се запазва възможността за работа с бавни устройства.Като недостатък ноже да отбележим че VLB шината представлява продължение на процесорната шина и като такава тя работи със системната чистота на процесора(вънсшна).Всяко устройство което е включето към шината допълнително натоварва и изкривява сигнала на процесора.1.EISA - Extended Industry Standart Architecture. - Разширен вариант на ISA със скорост 33 MBs работи на 16 MHz.ISA - Industry Standart Architecture. - Разработена за първия компютър на IBM с процесор I8086, с честота 4.77MHz. Честотата на предаване на данните е 2 MBs.2.VESA - Video Electronics Standart Association. - Свързва директно видеопаметта с CPU не се изискват допълнителни логически елементи, т.е. цената не се повишава. Работна честота 50 MHz, скорост 120 MBs. Съвместима с ISA.3.IDE - Integrated Drive Electronics - Известна още като АТА , най-популярна за включване дискове и др запомнящи устроиства. Всички необходими електроники са вградени и не изисква допълнителни котролери като SCSI например.4.EIDE - Enchanced IDE - Разширение на IDE стандарта за големи дискове, поддържа до четири устройства (CD-ROM, tape-drive, HDD)5.ATAPI - the ATtachment PAcket Interface - Стандарт за включване на CD-ROM към EIDE адаптер.6.PCI - Peripheral Component Interconect - В началото 32 бита, 132 MBs, 33MHz.В последствие 64 битова адресна шина и шина за данни, скорост 264 MBs, честота 66 MHz. Поддържат plug-and-play технологията. Разпознава типа на процесора. Използва режим burst (групи от последователни данни се предават наведнъж). Може да работи на 5V и на 3.3V.7.PCMCIA (PC card) - Разширява възможностите за връзка чрез връзка с рамерите на кредитна карта. Използва се предимно при преносни компютри, скъпа, поддържа plug-and-play технологията.8.AGP - Accelerated Graphics Port - В Pentium II и нагоре специално за графики, осигурява висока пропускателна възможност, 32 бита, скорост 532 MBs за AGPx1, честота 133 MHz, захранване 3.3V и 1.5V.9.USB - Universal Serial Bus - сериен интерфейс разработен за пренасяне на данни със скорост 12 Mbps от и към МК поддържа и по ниски скорости като 1.5 Mbps за клавиатурата, мишката и джойстика. Комбинира наи добрите идеи на SCSI и plug-an-play стандарта. Не използва IRQ, DMA и I/O адреси. Поддържа до 127 устроиства на един порт и позволява включване на устроиства без захранване с консумация до 500 mA. 9.USB 2.0 - Universal Serial Bus ver.2.0 - по нова версия на USB позволяваща пренос на дании със скорост от 480 Mbps. 10.IEEE 1394 (FireWire за Apple) (iLink за Sony) - Institute of Electrical and Electronics Engineers 1394 Bus.Поддържа до 63 устроиства, скорост на предаване на данните 400 Mbps. Разработена от Macintosh, по скъпа и сложна от USB подходяща при устройства изискващи особено бърз трансфер като цифрови камери.11.Paralel port - Прехвърля цял байт за един такт, Използва се основно за принтерен порт12.Serial port - Прехвърля един бит на такт използва се за модеми, мишки и др.13.SCSI - Small Computer Systems Interface - интерфейс за включване на външни устройства. По скъп от EIDE но по бърз и по интелигентен поддържа до 7 устройства а във вариант Ultra3 SCSI до 16 устройства и трансфер на данните до 160 MBs.14.DMA - Direct Memory Access - Процес за директна връзка на периферни устройства с паметта без да включва в операцията микропроцесора.
15.UDMA - Ultra Direct Memory Access - Най-новите EIDE контролери поддържащи трансфер от 33 MBs и 66 MBs в зависимост дали е UDMA33 или UDMA66

??

??

??

??





Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Архитектура на персоналните микрокомпютри 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.