Архітектура і структура ПК

При розгляді комп'ютерних пристроїв прийнято розрізняти їх архітектуру і структуру.

Архітектурою комп'ютера називається його опис на деякому спільному рівні, що включає опис призначених для користувача можливостей програмування, системи команд, системи адресації, організації пам'яті і так далі. Архітектура визначає принципи роботи, інформаційні зв'язки і взаємне з'єднання основних логічних вузлів комп'ютера: процесора, оперативної памяті, зовнішніх ЗУ і периферійних пристроїв. Спільність архітектури різних комп'ютерів забезпечує їх сумісність з точки зору користувача.

Структура комп'ютера — це сукупність його функціональних елементів і зв'язків між ними. Елементами можуть бути самі різні пристрої — від основних логічних вузлів комп'ютера до простих схем. Структура комп'ютера графічно представляється у вигляді структурних схем, за допомогою яких можна дати опис комп'ютера на будь-якому рівні деталізації.

Найбільш поширені наступні архітектурні рішення:

Класична архітектура (архітектура фон Неймана) — один арифметико-логічний пристрій (АЛП), через який проходить потік даних, і один пристрій управління (ПУ), через який проходить потік команд — програма. Це однопроцесорний комп'ютер. До цього типа архітектури відноситься і архітектура персонального комп'ютера з спільною шиною. Всі функціональні блоки тут зв'язані між собою спільною шиною, яку називають системною магістраллю.

Фізична магістраль є багатопровідною лінією з гніздами для підключення електронних схем. Сукупність дротів магістралі розділяється на окремі групи: шину адреси, шину даних і шину управління.

Периферийні пристрої (принтер и др.) подключаются до аппаратури комп’ютера через специальні контроллери — пристрої управления периферийними пристрогями.

Контроллер — пристрій, який пов'язує периферійне устаткування з центральним процесором, визволяючи процесор від безпосереднього управління функціонуванням даного устаткування.

Багатопроцесорна архітектура. Наявність в комп'ютері декількох процесорів означає, що паралельно може бути організовано багато потоків даних і багато потоків команд. Таким чином, паралельно можуть виконуватися декілька фрагментів одного завдання.

Багатомашинна обчислювальна система. Тут декілька процесорів, що входять в обчислювальну систему, не мають спільній оперативній пам'яті, а мають кожен свою (локальну). Кожен комп'ютер в багатомашинній системі має класичну архітектуру, і така система застосовується досить широко. Проте ефект від вживання такої обчислювальної системи може бути отриманий лише при вирішенні завдань, що мають дуже спеціальну структуру: вона повинна розбиватися на стільки слабо зв'язаних підзадач, скільки комп'ютерів в системі.

Перевага в швидкодії багатопроцесорних і багатомашинних обчислювальних систем перед однопроцесорними очевидно.

Архітектура з паралельними процесорами. Тут декілька АЛП працюють під управлінням одного УУ. Це означає, що безліч даних може оброблятися за однією програмою — тобто по одному потоку команд. Високу швидкодію такої архітектури можна отримати лише на завданнях, в яких однакові обчислювальні операції виконуються одночасно на різних однотипних наборах даних. Структура таких комп'ютерів представлена на малюнку.

У сучасних машинах часто присутні елементи різних типів архітектурних вирішень. Існують і такі архітектурні вирішення, які радикально відрізняються від тих, що розгледіли вище.