Архітектура та програмне забезпечення комп’ютера

Множина всіх ліній електричного зв’язку, які входять до складу магістралі, поділяють на декілька груп, у відповідності з їх функціональним призначенням. Група ліній які несуть сигнали однакового функціонального призначення, називається шиною (bus). У відповідності з таким поділом, до складу магістралі входять чотири шини – шина даних (ШД), шина адреси (ША), шина управління (ШУ) та шина живлення (ШЖ).

Шина даних призначена для обміну даними і є набором електричних ліній, за кожною з яких може передаватися одна двійкова цифра даних шляхом встановлення високого або низького рівня напруги, що відповідає двійковим цифрам 1 або 0. Кількість ліній в наборі називається шириною або розрядністю шини, і визначає об’єм інформації, який може транспортувати шина даних за один цикл обміну даними.

Шина адреси призначена для однозначного визначення конкретної комірки пам’яті (або конкретного пристрою вводу-виводу) шляхом передачі двійкового коду адреси – спеціального числового значення, яке фактично є номером комірки пам’яті або пристрою вводу-виводу. Розрядність шини адреси безпосередньо визначає кількість комірок пам’яті або кількість пристроїв вводу-виводу, до яких можливе звернення і в загальному випадку ця кількість рівна 2n, де n – розрядність шини адреси.

Шина управління включає електричні лінії, за якими передаються сигнали управління та сигнали, які відображають стан модуля, який бере участь в обміні даними.

Шина живлення забезпечує подачу напруги живлення до модулів, а інколи до складу шини живлення відносять і сигнали синхронізації (тактові сигнали).

Керувати обміном даними за системною магістраллю теоретично має можливість кожен з модулів, однак фактично така можливість реалізується лише відповідним чином спроектованими та виготовленими модулями. Модулі, які здатні управляти обміном, називаються Master (Bus-Master), модулі, які не мають таких можливостей, називаються Slave. На магістралі можуть бути присутні декілька модулів, типу Master, однак керувати магістраллю в певний визначений момент часу має змогу лише один із них.

Із врахуванням принципів магістрально-блочної побудови схема, яка ілюструє архітектуру комп’ютера має вигляд (мал.2.2.1.).

3. ОСНОВНІ КОМПОНЕНТИ КОМП’ЮТЕРА.

3.1. ПРОЦЕСОР

3.1.1. Принципи функціонування процесора.

Процесор є модулем, призначенням якого є виконання розміщеної в пам’яті комп’ютера програми та управління іншими компонентами системи. Схема процесора здатна виконувати обмежену кількість відповідним чином закодованих команд, що в сукупності становлять його операційний ресурс. Операційний ресурс сучасних процесорів становить 100 – 400 команд і містить команди обміну даними, команди арифметичних операцій, команди порозрядних логічних операцій, команди зсувів та ін.

Виконання арифметичних, логічних операцій, операцій порівняння та зсувів реалізується за допомогою арифметико-логічного пристрою (АЛП), який складається з набору запам’ятовуючих елементів (регістрів) та спеціальних схем, об’єднаних внутрішньою шиною даних (мал.3.1.1.1). Така організація дозволяє використовувати в якості вхідних даних значення будь-яких регістрів АЛП, а також фіксувати результат в будь-якому з них.

Роботою АЛП керує пристрій керування (ПК), який генерує керуючі сигнали, кожен з яких фактично є командою одному з блоків АЛП, в необхідній послідовності. При цьому ПК керується машинним кодом команди, попередньо прочитаним з пам’яті, тобто керуюча послідовність безпосе-редньо залежить від команди і фактично описує процес її виконання.

Обмін даними з пам’яттю та пристроями вводу-виводу забезпечує шинний інтерфейс, який забезпечує читання машинних кодів команд з пам’яті, шляхом, генерування циклів обміну за системною магістраллю (мал.3.1.1.2.).