Структурная схема персональной ЭВМ

Типичная современная персональная ЭВМ (ПЭВМ) включает три основных устройства: системный блок, кла­виатуру и дисплей (монитор). Однако для расширения функциональ­ных возможностей ПЭВМ к ней можно подключить различные дополни­тельные внешние устройства: печатающие устрой­ства (принтеры, плоттеры), накопители на магнитных дисках, различ­ные манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол, тачпад), уст­ройства оптического считывания изображений (сканеры) и др.

Структурная схема ПЭВМ.

Поясним функции некоторых устройств, приведенных на рис.3.3.

Контроллерыслужат для управления внешни­миустройствами. Каждому внешнему устройствусоответствует свой контроллер. Электронные модули-контроллеры обычно реализуются на отдельных печат­ных платах, вставляемых в свободный разъем системной платы (слот расширения), которые еще называют адаптерамивнешнего устройства. Исключение представляют контроллеры являющиеся обязательными, они располагаются непосредственно на материнской плате (например, контроллер клавиатуры). Контроллер функционирует автономно, освобождая ЦП от выполнения специфиче­ских функций, необходимых для работы того или иного внешнего устройства. Например, если программа запрашивает данные с диска, она посылает команду контроллеру диска, который затем отправляет команды поиска и другие команды на диск.

Контроллер содержит регистры двух типов — регистр состояния (управления) и регистр данных. Эти регистры называют порта­ми ввода-вывода, через которые, как уже отмечалось ранее, осуществляется обмен данными с внешними устройствами.

Для ускорения обмена информацией между ЦП и внешними устройствами в ПЭВМ используется прямой доступ к па­мяти(DirectMemoryAccess, сокращенно DMA). При этом контроллерDMA, получив сигнал запроса от внешнего устройства, принимает управление обменом на себя и обеспечивает обмен данными контроллера ВУ с ОЗУ, минуя центральный процессор. В это время процессор продолжает без прерывания выполнять теку­щую программу. Таким образом, прямой доступ к памяти освобо­ждает ЦП от непосредственного обмена между памятью (ОЗУ) и внешними устройствами.

Шины

Системная шина используется не только контроллерами, но и процессором для передачи команд и данных. В том случае, если процессор и контроллер пытаются получить доступ к шине одновременно, то особая микросхема, называемая арбитром шины, решает, чья очередь первая. Обычно предпочтение отдается устройствам ввода/вывода, поскольку работу дисков и других движущихся устройств нельзя прерывать из-за риска потери данных. Т.е. центральный процессор может полностью распоряжаться шиной для доступа к ОЗУ, до тех пор, пока какое-нибудь устройство ввода/вывода не будет функционировать и получать доступ к шине каждый раз, когда ему это необходимо. Такой процесс называется занятием цикла памятии замедляет рабо­ту компьютера.

Поскольку с развитием компьютерной техники центральные процессоры, память и устройства ввода-вывода стали работать быстрее, то возникла проблема – старая шина больше не могла успешно производить обмен данными между этими устройствами. Ре­шением данной проблемы стала разработка новой шины с более высокой скорос­тью передачи данных для следующей модели машины.

Однако некоторые производители дисков и устройств ввода/вывода продолжали выпускать контроллеры для старых моделей системных шин, поэтому возникла необходимость производства материнских плат с несколькими шинами, сопряженными между собой. Это позволило пользователям использовать в ПЭВМ старые устройства ввода/вывода.

Перечислим некоторые виды шин, которые были реализованы на ПЭВМ:

1) Шина ISA (IndustryStandardArchitecture — стандартная промышленная архитектура) – это старая и довольно медленная шина.

2) Шина EISA (Extended ISA — расширенная архитектура промышленного стандарта) – последователь ISA, совместимый со старыми версиями внешних устройств.

3) Шина PCI (PeripheralComponentInterconnect — взаимодействие периферийных компонентов) – была разрабо­тана компанией Intel, при этом было решено сделать все патенты всеобщим досто­янием, чтобы вся компьютерная промышленность могла перенять эту идею.