Структурна схема персонального комп’ютера

Структурна схема персонального комп’ютера показана на рис. 1.5.

Мікропроцесор є центральним блоком персонального комп’ютера. Він призначений для керування роботою усіх блоків ПК та виконання арифметичних та логічних операцій над даними.

До складу мікропроцесора входять:

1 Арифметико-логічний пристрій (АЛП), який призначений для виконання усіх арифметичних та логічних операцій над числовими та символьними даними. У деяких моделях ПК для прискорення виконання операцій до АЛП підмикається додатковий математичний співпроцесор.

2 Керувальний пристрій (КП) формує та подає на всі блоки ПК у визначені моменти часу певні сигнали керування, які обумовлені специфікою виконуваної операції і результатами попередніх операцій; формує адреси пам'яті і передає їх до відповідних пристроїв та вузлів комп’ютера; опорну послідовність імпульсів керувальний пристрій отримує від генератора тактових імпульсів.

3 Надоперативний запам’ятовувальний пристрій (НОЗП) призначений для короткочасного зберігання, запису та видачі інформації безпосередньо у найближчі такти роботи мікропроцесора. НОЗП побудований на регістрах. Кеш- пам'ять команд та даних - це буферна пам'яті між мікропроцесором та оперативним запам’ятовувальним пристроєм або мікропроцесором та зовнішніми нагромаджувачами.

4 Інтерфейсна система мікропроцесора призначена для сполучення та зв’язку з іншими пристроями ПК; вона вміщує внутрішній інтерфейс мікропроцесора, буферні запам’ятовувальні регістри та схеми керування портами введення-виведення та системною шиною ПК.

5 Порт введення-виведення (I/O port) — це апаратура сполучення, яка дозволяє підмикати до мікропроцесора ішпий пристрій ПК або периферійні пристрої.

6 Генератор тактових імпульсів генерує послідовність електричних імпульсів, частота яких визначає тактову частоту ПК. Частота генератора тактових імпульсів є одною з основних характеристик ПК і у значній мірі визначає його продуктивність; кожна операція у ПК виконується за фіксовану кількість тактів.

Системна шина — це основна інтерфейсна система комп'ютера, яка забезпечує сполучення та зв'язок усіх його вузлів між собою. Системна шина мае у своему складі:

- шину даних (ШД), яка створюється зі з'єднувальних ліній та схем сполучення для паралельного передавання усіх розрядів числового коду операнда;

- шину адреси (ША), яка вміщує з'єднувальні лінії та схеми сполучення для паралельного передавання коду адреси комірок основної пам'яті та порту введення-виведення зовнішнього пристрою;

- шину керування (ШК), яка складається зі з'єднувальних ліній та схем сполучення для передавання керувальних сигналів в усі блоки ПК;

- шину живлення, яка вміщує також з'єднувальні лінії та схеми сполучення для підмикання блоків ПК до системи енергоживлення.

Системна шина забезпечує обмін даними між мікропроцесором та основною пам'яттю, між мікропроцесором та портами введення-виведення зовнішніх пристроїв, між основною пам'яттю та портами введення-виведення зовнішніх пристроїв у режимі прямого доступу до пам'яті.

Усі зовнішні пристрої ПК через їх порти введення-виведення підмикаються до системної шини або безпосередньо, або через контролери (адаптери). Керування системною шиною ПК здійснюється частіш за все через додаткову мікросхему — контролер шини, який формує основні сигнали керування. Обмін даними між зовнішніми пристроями та системною шиною виконується з використанням ASCII-кодів.

Основна пам'ять призначена для керування та оперативного обміну інформацією з іншими блоками ПК. Основна пам'ять складається з постійного (ПЗП) та оперативного (ОЗП) запам'ятовувальних пристроїв:

- ПЗП (ROM — Read Only Memory) призначений для зберігання програмної та довідкової інформації, яка не змінюється; дозволяє тільки зчитувати інформацію, яка в ньому зберігається;

- ОЗП (RAM — Random Access Memory) динамічного та статичного типу призначений для оперативного запису, зберігання та зчитування інформації (програм та даних), які безпосередньо беруть участь у інформаційно-обчислювальному процесі.

Вимогами до оперативно! пам'яті є її висока швидкодія та можливість доступу до будь-якої комірки пам'яті окремо. ОЗП є енергозалежною.

Крім основної пам'яті, у ПК є енергонезалежна пам'ять CMOS RAM (Complementary Metall-Oxide Semiconductor RAM), яка живлиться від свого

акумулятора; у ній зберігається інформація про апаратну конфігурацію ПК, яка

перевіряється при кожному включенні ПК.

Зовнішня пам'ять є зовнішнім пристроєм ПК і використовується для зберігання усього програмного забезпечення ПК. Найбільш розповсюдженими видами зовнішньої пам'яті є нагромаджувачі на жорстких (НЖМД) та гнучких (НГМД) магнітних дисках, нагромаджувачі на оптичних дисках (CD-ROM — Compact Disk Read Only Memory) та CD-RW, які дозволяють багаторазовий запис інформації.

Flach — пам'ять з багаторазовим електричним стираниям та записуванням інформації.

Призначення зовнішніх нагромаджувачів — зберігання великих обсягів інформації, запис та видача її по запиту у ОЗП. Зовнішня пам'ять є енергонезалежною.

Джерело живлення — це блок автономного та мережного енергоживлення.

Таймер — вбудований у ПК електронний годинник реального часу, який дозволяє автоматично видавати поточний момент часу (рік, місяць, години, хвилини. секунди та долі секунд). Таймер підмикається до автономного джерела живлення — акумулятора, і при відключенні ПК від мережі продовжує працювати.

Зовнішні пристрої (ЗП) ПК забезпечують його взаємодію з зовнішнім інформаційним середовищем: користувачами, об'єктами керування, іншими комп'ютерами тощо.

До зовнішніх пристроїв відносяться:

- зовнішня пам'ять ПК;

- пристрої введения інформації;

- пристрої виведення інформації;

- діалогові засоби користувача;

- засоби зв'язку та телекомунікацій.

До пристроїв введения інформації відносяться:

- клавіатура;

- сканери;

- мишатощо.

До пристроїв виведення інформації відносяться:

- принтери;

- графопобудовники.

Контролер USB (Universal Serial Bus) дозволяє підмикання до універсальної послідовної шини Flach-пам'яті, цифрових телевізійних камер, 10-Мбіт адаптерів Ethernet, багатопортових конверторів (USB to COM/USB-to-LBT), ноутбуків, клавіатур, цифрових фотоапаратів, CD-ROM, CD-RW, цифрових відеокамер тощо.

Пристрої зв'язку та телекомунікацій використовуються для зв'язку з приладами та іншими засобами автоматизації (цифро-аналогові та аналого-цифрові перетворювачі, адаптери тощо), а також для підключення ПК до каналів зв'язку з метою обміну інформацією по мережі, у складі обчислювальних систем (мережні інтерфейсні плати та карти, модеми, мультиплексори передавання даних).

До діалогових засобів відносяться відеотермінал, керований відеокартою, та пристрої мовного введення-виведення інформації, керовані звуковою картою. До засобів мультимедіа відносяться мікрофони, відеокамери, акустичні та відеосистеми тощо.

Математичний співпроцесор використовується для виконання операцій над двійковими числами з фіксованою та плавучою точкою, для обчислення трансцендентних, у тому числі тригонометричних функцій. Співпроцесор працює паралельно з основним мікропроцесором, що значно підвищує прискорення виконання операцій. Сучасні моделі мікропроцесорів часто інтегрують співпроцесор до своєї структури.

Контролер прямого доступу до пам'яті (DMA — Direct Memory Access) забезпечує обмін між зовнішніми пристроями та оперативною пам'яттю без участі мікропроцесора, що підвищує ефективність роботи ПК у цілому. Процесор під час обміну даними між зовнішніми пристроями та оперативною пам'яттю може обробляти інші дані або навіть вирішувати іншу задачу.

Співпроцесор введення-виведення працює паралельно з мікропроцесором і обслуговує кілька зовнішніх пристроїв (дисплей, принтер, НЖМД, НГМД тощо) та звільнює процесор від оброблення процедур введення-виведення, у тому числі реалізує режим прямого доступу до пам'яті.

Контролер переривань обслуговує запити переривань від зовнішніх пристроїв за допомогою процедур переривань. Контролер приймає запит, визначає пріоритет цього запиту та визначає права конкретного зовнішнього пристрою на його обслуговування. Він посилає у мікропроцесор сигнал переривання та повідомляє його про номер або адресу обслуговуваного пристрою або про адресу першої команди підпрограми оброблення цього запиту. Мікропроцесор призупиняє виконування поточної програми та виконує підпрограму обслуговування переривання. Після завершения підпрограми мікропроцесор повертається до виконання перерваної програми.

Контролер переривань є програмований. Режим переривань використовується у ПК постійно, усі процедури введення-виведення виконуються за запитами зовнішніх пристроїв на переривання. Системний таймер здійснює перемикання задач, вирішуваних на ПК у багатозадачному режимі, кожні 2 мс.