Архитектура ЭВМ. Магистрально-модульный принцип (ММП) (стр. 1 )

АРХИТЕКТУРА ЭВМ. МАГИСТРАЛЬНО-МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП (ММП).

Вопросы для подготовки:

На каком  принципе организована архитектура современного компьютера. В чем суть и эффективность открытой архитектуры построения ЭВМ. В чем суть  ММП функционирования системы компьютера. Что представляют собой модули компьютера. Какое устройство реализуем магистраль. Роль контроллеров и адаптеров в ММП организации системы  компьютера. Роль драйверов в ММП организации системы  компьютера. Назначение  и характеристики трёх составляющих шины (шины адреса, шины данных, шины управления). Основные режимы работы процессора с использованием шины передачи данных. Какое устройство генерирует адрес на шине адреса. Адрес какого устройство генерируется  на шине адреса. Откуда получает информацию УУ процессора для генерации информации на шине адреса. Какого характера команды могут передаваться по шине управления.

МАГИСТРАЛЬНО МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ЭВМ

Все персональные компьютеры проектируются на основе принципа открытой архитектуры. Этот принцип заключается в следующем:

Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его обязательная конфигурация. Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями в соответствии с установленными стандартами. Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, которые могут служить для установки дополнительных устройств, тем самым позволяя пользователю устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными требованиями.

Выгоды открытой архитектуры:

Конкуренция между производителями привела к удешевлению компьютерных комплектующих, а значит и самих компьютеров Появление большого количества компьютерного оборудования позволило покупателям расширить свой выбор, что также способствовало снижению цен на комплектующие и повышению их качества Модульная структура компьютера и простота сборки позволила пользователям самостоятельно выбирать необходимые им устройства и с легкостью производить их установку, также стало возможным без особых сложностей в домашних условиях собирать и модернизировать свой компьютер Возможность модернизации привела к тому, что пользователи смогли выбирать компьютер исходя из своих настоящих потребностей и толщины кармана, что опять-таки способствовало все большей популярности персональных компьютеров.

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 (См. схему).

Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией. Это означает что модули (процессор, память, устройства ввода и вывода, устройства хранения информации) подключены к магистрали. Магистраль обеспечивает обмен информации между модулями. Информация в компьютере это последовательности 0 и 1 в форме электрических импульсов. Таким образом, кодируются команды и данные, передаваемые по магистрали.

Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, адаптеров устройств (видеоадаптер, контроллер жестких дисков и т. д.), а на программном уровне обеспечивается загрузкой в оперативную память драйверов устройств, которые обычно входят в состав операционной системы.

Контроллеры. Между системной шиной и периферийными устройствами находятся специальные платы - контроллеры, которые вставляются в разъемы (слоты) на материнской плате, а к их портам подключаются дополнительные устройства (дисководы, манипуляторы типа «мышь», принтеры и т. д.). Именно контроллер декодирует сигнал, поступающий от процессора, и затем посылает обработанный сигнал для выполнения его устройством, т. е. полученный двоичный сигнал преобразуется в вид понятный пользователю.

Роль магистрали выполняет системная шина. Она включает в себя три много разрядных шины: шина данных, шина адреса, шина управления.

По шине данных информация передается от процессора к устройствам и обратно. Шина является двунаправленной.

К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие:

Запись данных в ОЗУ

Чтение данных из ОЗУ

Запись данных из ВЗУ

Чтение данных в ВЗУ

Чтение данных с устройства ввода

Пересылка данных на устройства ввода

На шине адреса процессор генерирует код адреса устройства или код ячейки памяти ОЗУ, куда передаются (записываются) или откуда считываются данные. Каждое устройство имеет свой уникальный адрес (номер). Шина адреса однонаправлена.

По шине управления (команд) передаются сигналы (команды), определяющие характер обмена информацией (ввод или вывод) и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией. Например: сигнал готовности устройства к работе; сигнал к началу работы… Шина управления много разрядная, двунаправлена. Каждая линия служит только для приема или для передачи сигнала ЗП (запись) ЧТ (чтение). В случае, когда внешнее устройство вынуждено по собственной инициативе обратиться к процессору (например, нажатие клавиши мыши или клавиатуры), передается сигнал о запросе на прерывание (ЗПР). На системной шине каждое периферийное устройство имеет собственную линию, на которую при необходимости выдается сигнал прерывания и процессор может прервать выполнение какого-либо действия и начать обрабатывать этот сигнал.

Шина управления, регулирующей этот процесс передачи данных (например, один из сигналов на этой шине позволяет компьютеру различать между собой адреса памяти и устройств ввода/вывода). Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти. Убедившись, что шина в данный момент свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция – чтение, устройство – ОЗУ и т. п.) на шину управления. Теперь ему остается только ожидать ответа от ОЗУ. Последнее, “увидев” на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных. Разумеется, реальный процесс значительно подробнее, но нас сейчас не интересуют технические детали. Особо отметим, что обмен по шине при определенных условиях и при наличии определенного вспомогательного оборудования может происходить и без непосредственного участия процессора, например, между устройством ввода и внутренней памятью.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ПО), ЕГО СТРУКТУРА. ПРАВОВАЯ ОХРАНА ПРОГРАММ И ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ. 

Вопросы для подготовки по теме:

Понятие программного обеспечения. Классификация ПО. Назначение прикладного ПО. Назначение  системного ПО Назначение  инструментального  ПО Функции составляющих групп ПО, примеры программ. Компоненты (их назначение) системы программирования. Отличительные особенность правил распространения ПО (платная, бесплатная, GPL  лицензии) Закон о правовой охране программ для электронных вычислительных машин и баз данных (основные понятия: распространение, воспроизведение, условия признания авторского права, контрафакт)

Программное обеспечение, его структура

Программным обеспечением называется совокупность, включающая программы, которые могут выполняться на компьютере данной модели, а также комплекты сопровождающей их технической, программной документации.

Структура программного обеспечения

В настоящее время в программном обеспечении персональных компьютеров принято выделять следующие группы программ:

Системное программное обеспечение

Программы этой группы автоматизируют подавляющее большинство вспомогательной работы с аппаратными  и программными средствами, которую приходится выполнять при использовании всевозможных компьютерных технологий для обработки данных.

Системное программное обеспечение служит для обеспечения эффективной работы аппаратуры компьютера.

К группе системных программ относятся операционные системы, операционные оболочки, утилиты, драйверы, архиваторы, антивирусные и некоторые другие программы.

Примеры системных программ

Операционные системы представляют собой пакеты программ, которые обеспечивают эффективную работу всех аппаратных и программных средств компьютера, предоставляют возможность управления всеми его ресурсами пользователю. Linux, MAC OS, Windows.

Операционные оболочки представляют собой дополнительные программы, которые предназначены для повышения удобства управления работой операционных систем. Total Commander  и FAR Manager, Free Commander Для выполнения операций по обмену данными между программой и различными внешними устройствами в состав операционной системы включается ряд специализированных программ, которые принято называть драйверами (управлять). Отсутствие или применение не соответствующего устройству драйвера делает бесполезным это устройство Утилиты (utility — полезность) представляют собой небольшие, но очень полезные программы, которые выполняют разнообразные вспомогательные функции по управлению работой аппаратных средств, по повышению эффективности их работы, проверки работоспособности, обслуживания и настройки.

Программы-архиваторыотносятся к утилитам служат для создания архивных копий важных программ и наборов данных. Архиваторы также минимизируют объем, которых нужен для размещения архива на внешнем носителе. WinZip, WinRAR, WinAce. Антивирусные программы обеспечивают пользователя необходимыми средствами борьбы с упоминавшимися выше компьютерными вирусами.
Антивирус Касперского, ESET NOD32 Antivirus

Коммуникационные Они позволяют устанавливать соединение с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты, работу с телеконференциями и др диагностические Предназначены для автоматизации процесса диагностики аппаратного и программного обеспечения. Используются не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютерной системы. Например, Утилита «Дефрагментация диска» позволяет данные, принадлежащие одному файлу, объединить в одной непрерывной области данных

Инструментальное программное обеспечение

Инструментальное программное обеспечение — это разновидность орудий труда для другой категории специалистов, так называемых прикладных программистов.