Архитектура ПК

   Шина EISA ( Extended ISA ) - 32-разрядная шина данных и 32-разрядная  шина адреса, создана в 1989 г. Адресное пространство шины 4 Гбайта, пропускная способность 33 Мбайт /с, причем скорость обмена по каналу МП- КЭШ -ОП определяется параметрами микросхем памяти , увеличено  число разъемов расширений , ( теоретически может подключаться до 15 устройств , практически до- 10 ). Улучшена система  прерываний ,шина EISA обеспечивает автоматическое конфигурирование системы и управление DMA ; полностью совместима с шина ISA( есть разъемы для подключения ISA ) ,шина поддерживает многопроцессорную  архитектуру вычислительных систем. Шина EISA весьма дорогая и применяется  в скоростных ПК , сетевых серверах и рабочих станциях  

   Шина MCA ( Micro Channel Architecture) - 32-разрядная шина, созданная  фирмой IBM в 1987 г. для машин PC /2 , пропускная способность 76 Мбайт/с ,рабочая частота 10-20 Мгц. По своим прочим характеристикам  близка к шине EISA ,но не совместима ни с ISA,ни с EISA. Поскольку ЭВМ PS/2 не получили широкого распространения, в первую очередь ввиду отсутствия наработанного  обилия прикладных программ, шина MCA также  используется не очень широко  

   Локальные шины  

   Современные вычислительные системы характеризуются:  

   стремительным ростом быстродействия микропроцессоров ( например, МП Pentium может выдавать данные со скоростью 528 Мбайт /с по 64-разрядной  шине данных ) и некоторых внешних  устройств ( так, для отображения  цифрового полноэкранного видео  с высоким качеством необходима пропускная способность 22 Мбайт/с );  

   появлением  программ, требующих выполнения большого количества интерфейсных операций (например, программы обработки графики  в Windows , работа в среде Multimedia)  

   В этих условиях пропускной способности шин расширения, обслуживающих одновременно несколько  устройств, оказалось недостаточно для комфортной работы пользователей, ибо компьютеры стали подолгу "задумываться "  

   Разработчики  интерфейсов пошли по пути создания локальных шин, подключаемых непосредственно  к шине МП, работающих на тактовой частоте  МП, (но не на внутренней рабочей его  частоте) и обеспечивающих связь  с некоторыми скоростными внешними по отношению к МП, устройствами: основной и внешней памятью, видеосистемами и др  

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

   Шина VLB (VЕSA Local Bus- локальная шина VESA) -разработана  в 1992 г. Ассоциацией стандартов видеооборудования (VESA - Video Electronics Standards Association) , поэтому  часто ее называют шиной VESA  

   Шина VLB ,по существу, является расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и реже с винчестером, на подходе 64-разрядный вариант шины. Реальная скорость передачи данных по VLB -80 Мбайт /с (теоретически достижимая - 132 Мбайт /с)  

   Недостатки  шины:  

   рассчитана  на работу МП 80386 ,80486 , не адаптирована для процессоров Pentium, Pentium Pro , Power PC;  

   жесткая зависимость  от тактовой частоты МП (каждая шина VLB рассчитана только на конкретную частоту);  

   малое количество подключаемых устройств - к шине VLB могут  подключаться только четыре устройства;  

   отсутствует арбитраж шины - могут быть конфликты  между подключаемыми устройствами.

   Шина PCI (Peripheral Component Interconnect - соединение внешних устройств)- разработана в 1993 г. фирмой Intel  

   Шина PCI является на много более универсальной, чем VLB. Имеет свой адаптер, позволяющий  ей настраиваться на работу с любым  МП: 80486, Pentium , Pentium Pro , Power PC и др.; она  позволяет подключать 10 устройств  самой разной конфигурации с возможностью автоконфигурирования, имеет свой "арбитраж", средства управления передачей данных. Шина PCI пока еще весьма дорогая  

   Разрядность PCI -32 бита с возможностью расширения до 64 бит, теоретическая пропускная способность 132 Мбайта/с (реальная вдвое  ниже)  

   Шина PCI хотя и является локальной, выполняет  и многие функции шины расширения, в частности, шины расширения ISA, EISA, MCA (а она совместима сними) при  наличии шины PCI подключаются не посредственно  к МП (как это имеет место  при использовании шины VLB ) а к  самой шине PCI (через интерфейс  расширения)  

   Варианты  конфигурации систем с шинами VLB и PCI показаны соответствено на рис. 4.3 и 4.4. Следует иметь ввиду ,что использование  в ПК шин VLB и PCI возможно только при  наличии соответствующей VLB - или PCI-материнской  платы. Выпускаются материнские  платы с мультишинной структурой, позволяющей использовать ISA/EISA , VLB и PCI , так называемые материнские  платы с шиной VIP (по начальным  буквам VLB , ISA и PCI )  

   Но в  настоящее время платы с шинами VLB не производится и отмирает шина ISA, появились новые шины, такие  как AGP, предназначенные для видеоадаптеров с высокой пропускной способностью или так называемые 3D ускорители  

   Функциональные  устройства ПК  

   Основными характеристиками ПК являются:  

   1. Быстродействие, производительность, тактовая частота.  

   Единицами измерения быстродействия служат:  

   МИПС (MIPC -Vega Instruction Per Second)- миллион операций над  числами с фиксированной запятой (точкой):  

   МФЛОПС (MFLOPS- Mega Floating Operations Second)- миллион операций над числами с плавающей запятой (точкой);  

   КОПС (KOPS- Kilo Operations Per Second)-для низкопроизводительных  ЭВМ - тысяча неких усредненных операций над числами;  

   ГФЛОПС (GFLOPS - Gigа Floating Operations Per Second) -миллиард операций в секунду над числами с  плавающей запятой (точкой)  

   Оценка  производительности ЭВМ всегда приблизительная, ибо при этом ориентируются на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды операций. Реально  при решении различных задач  используются и различные наборы операций. Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более  объективно определяющую быстродействие машины. И так как каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количество тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции  

   2. Разрядность  машины и кодовых шин интерфейса  

   Разрядность -это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым  одновременно может выполняться  машинная операция, в том числе  и операция передачи информации; чем  больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и  производительность ПК  

   3. Типы  системного и локальных интерфейсов  

   Разные  типы интерфейсов обеспечивают разные сроки передачи информации между  узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств  и различные их виды  

   4. Емкость  оперативной памяти.  

   Емкость оперативной  памяти измеряется чаще всего в мегабайтах (Мбайт). Напоминаем: 1 Мбайт = 1024 Кбайта = 1024 байт  

   Многие  современные прикладные программы  при оперативной памяти емкостью меньше 32 Мбайл просто не работают, либо работают, но очень медленно  

   Следует иметь  в виду, что увеличение емкости  основной памяти в два раза, помимо всего прочего, дает повышение эффективной  производительности ЭВМ при решении  сложных задач примерно в 1,7 раза  

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

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

   6. Тип и  емкость накопителей на гибких  магнитных дисках и лазерных  компакт дисков.  

   Сейчас  применяются накопители на гибких магнитных  дисках, использующие дискеты размером 3,5 и 5,25 дюйма (практически уже не применяются) (1 дюйм = 25,4 мм). Первые имеют  стандартную емкость 1,44 Мбайта, вторые 1,2 Мбайта. Также применяются накопители на компакт дисках в связи с  их низкой стоимостью и большой емкостью, размером 650 и 700 Мb, применяются лазерные перезаписываемые диски CD-RW емкостью 650 – 700 Mb. Применяются и такой тип  накопителя как DVD. Высокие технологии и высокая стоимость, но и большая  емкость до 24 Gb  

   7. Виды  и емкость КЭШ-памяти.  

   КЭШ-память - это буферная, недоступная для  пользователей быстродействующая  память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более  медленно действующих запоминающих устройствах. Например, для ускорения  операций с основной памятью организуется регистровая КЭШ-память внутри микропроцессора (КЭШ-память первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (КЭШ-память второго уровня); для ускорения операций с дисковой памятью организуется КЭШ-память на ячейка электронной памяти  

   Следует иметь  в виду, что наличие КЭШ-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК примерно на 20%. Встречается емкость  КЭШ-памяти и 512 Кбайт  

   8. Тип видеомонитора  (дисплея) и видеоадаптера  

   9. Тип принтера.  

   10. Наличие  математического сопроцессора.  

   Математический  сопроцессор позволяет в десятки  раз ускорить выполнение операций над  двоичными числами с плавающей  запятой и над двоично-кодированными  десятичными числами  

   11. Имеющееся  программное обеспечение и вид  операционной системы  

   12 . Аппаратная  и программная совместимость  с другими типами ЭВМ.  

   Аппаратная  и программная совместимость  с другими типами ЭВМ означает возможность использования на компьютере соответственно тех же технических  элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин  

   13. Возможность  работы в вычислительной сети  

   14. Взможность  работы в многозадачном режиме  

   Многозадачный режим позволяет выполнять вычисления одновременно по нескольким программам (многопрограммный режим) или для  нескольких пользователей (многопользовательский  режим). Совмещение во времени работы нескольких устройств машины, возможное  в таком режиме, позволяет значительно  увеличить эффективное быстродействие ЭВМ  

   15. Надежность.  

   Надежность - это способность системы выполнять  полностью и правильно все  заданные ей функции. Надежность ПК измеряется обычно средним временем наработки  на отказ  

   16. Стоимость.  

   17 . Габариты  и масса  

      

                   II. Микропроцессоры  

   Микропроцессор, иначе, центральный процессор 

   Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) —  это основной рабочий компонент  компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом  и координирует работу всех устройств  компьютера.  
 

   Центральный процессор в общем случае содержит в себе:  

   - арифметико-логическое  устройство;  

   - шины данных  и шины адресов;  

   - регистры;  

   - счетчики  команд;  

   - кэш —  очень быструю память малого  объема (от 8 до 512 Кбайт);  

   - математический  сопроцессор чисел с плавающей  точкой  

   Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния  прямоугольной формы площадью всего  несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие  все функции процессора. Кристалл-пластинка  обычно помещается в пластмассовый  или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы  его можно было присоединить к  системной плате компьютера  

   В вычислительной системе может быть несколько  параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными