Главная arrow Двоичный код arrow Компоненты ЭВМ
Как начинался компьютер
Компьютерная революция
Двоичный код
Разработки военных лет
Интегральные микросхемы
Микрокомпьютер
Персоны
Сеть
Язык компьютера
Развитие ПО
Гибкие системы
Средства разработки
Информатика
Вычислительная наука
Операционные системы
Искусственный интеллект
Предыстория
Поиск
Знания и рассуждения
Логика
Робототехника
 

 
Компоненты ЭВМ Печать
Компьютеры могут быть более сложными и менее сложными, но некоторые их компоненты в принципе одинаковы. Они могут иметь различные размеры: от одной микросхемы до целых блоков величиной в несколько десятков сантиметров, состоящих из большого числа микросхем, однако функции этих компонентов остаются неизменными.

Главная часть любого компьютера - его центральное процессорное устройство (ЦПУ), или просто центральный процессор (ЦП). По существу это - «мозг» машины, выполняющий инструкции и управляющий потоками информации в процессе ее обработки. Инструкции и данные, с которыми работает ЦП, хранятся в компьютерной памяти двух типов: постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) и оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ; его также называют ЗУПВ - запоминающее устройство с произвольной выборкой). Содержимое ПЗУ неизменно и сохраняется при выключении машины. Информацию в ОЗУ можно изменять произвольным образом (например, при загрузке в машину программы из внешней памяти); она полностью уничтожается при отключении питания.

Среди других компонентов, общих для всех компьютеров, назовем следующие: генератор тактовых импульсов, синхронизирующий внутренние операции (иногда он встроен в кристалл ЦПУ); шины - электронные схемы, соединяющие компоненты компьютера, и порты ввода-вывода. Также два дополнительных элемента: контроллер ввода-вывода и устройство прямого доступа к памяти (ПДП), которые встречаются не в каждом компьютере.

Когда информация извне поступает в компьютер через порты, она идет по шинам к центральному процессору, который направляет ее далее в ОЗУ. В дальнейшем ЦП может извлечь эту информацию, чтобы обработать ее согласно указаниям (программе), хранящимся в памяти. Результаты обработки либо остаются в памяти, либо направляются через порты вывода на периферийное устройство, где они либо записываются на тот или иной носитель данных, либо преобразуются в те или иные операции. Здесь детально описаны три основных способа, которыми компьютер управляет вводом и выводом: опрашивание, прерывание и прямой доступ к памяти.
 
 
Основные компоненты компьютера

Порты, через которые информация поступает в компьютер и выводится из него. Порты бывают входными, выходными и универсальными, совмещающими обе функции, а также последовательными и параллельными.

Шины - это внутренние каналы для информации: управляющие сигналы проходят по шине управления; информация движется по шине данных по адресу, заданному сигналами с адресной шины.

Тактовый генератор посылает регулярные электрические сигналы по шине управления, синхронизируя все внутренние операции компьютера.

ПЗУ - постоянная внутренняя память компьютера, содержащая важную служебную информацию, например инструкции про граммы начальной проверки и загрузки.

ОЗУ - временная память, где хранятся программы И данные, которые использует (и может изменять) ЦП.

Центральный процессор (ЦП) - мозг компьютера, выполняющий все арифметические и логические операции.

Контроллер ввода-вывода - дополнительное устройство, которое обычно применяется в больших системах, рассчитанных на много пользователей. Это устройство берет на себя управление некоторыми операциями по вводу-выводу, выполняемыми при его отсутствии центральным процессором.

Контроллер ПДП - еще одно дополнительное устройство; может, минуя ЦП, обеспечить прямую связь между ОЗУ и периферийными устройствами.
 
 
Два способа управления вводом-выводом

Управление процессом ввода данных в машину может осуществляться тремя способами. Основные этапы двух наиболее распространенных способов ввода-вывода опрашивание и прерывание приведенных здесь.

При опрашивании центральный процессор проверяет (опрашивает) состояние каждого порта, определяя, поступила ли в него вводимая информация или готов ли он принять данные для последующего вывода. О состоянии порта сообщают обычно однобитные электронные сигналы, называемые флажками. Способ опрашивания прост, но это медленный процесс, на который расходуется ценное рабочее время ЦП, поскольку приходится каждый раз прерывать выполнение основной программы, чтобы опросить все порты - на тот случай, если потребуется отреагировать на определенное состояние какого-то из них. Это напоминает ситуацию, когда хозяин дома должен то и дело спускаться по лестнице и открывать парадную дверь, чтобы узнать, не пришел ли очередной гость.

Способ ввода-вывода по прерыванию требует более сложных аппаратных и программных средств, но обеспечивает более эффективную работу процессора. При использовании этого способа процессор сосредоточен на выполнении своей основной функции - обработке данных. Когда порт готов к вводу или выводу, он посылает соответствующий сигнал - что-то вроде звонка в дверь - центральному процессору, который в данном случае лишь ненадолго прервет процесс обработки данных, чтобы обслужить порт, запросивший прерывания. Чтобы избежать путаницы при одновременном поступлении нескольких запросов на прерывание, для различных устройств устанавливаются разные уровни приоритета. Пользователь имеет возможность «замаскировать» (т. е. игнорировать) прерывания, за исключением одного - вызванного внезапным отключением питания. Это немаскируемое прерывание сообщает процессор, что у него есть в запасе всего несколько микросекунд на запоминание данных, пока не отключится вся система. Оба названных способа управления используются как для ввода, так и для вывода данных и не требуют какого либо специального контроллера ввода-вывода.
 
 
Прямой доступ к памяти

На многих пригородных шоссейных дорогах имеются высокоскоростные полосы, по которым автомобилисты могут проноситься мимо еле двигающихся в часы пик потоков транспорта. Прямой доступ к памяти (ПДП) дает системам ввода-вывода компьютера аналогичное преимущество, ибо в этом случае данные мгновенно попадают в память и выводятся из нее без вмешательства центрального процессора, что потребовало бы больше времени. На самом деле часть функций процессора по управлению потоками информации в системе шин компьютера берет на себя контроллер прямого доступа к памяти.

Такая «подмена» процессор может осуществляться несколькими способами. Чаще всего контроллер прямого доступа к памяти получает запрос на прерывание от периферийного устройства и посылает центральному процессору сообщение, что тот должен временно приостановить свои операции. процессор, ответив сигналом «подтверждение останова», временно уступает управление шинами и устраивает себе небольшую передышку. Тем временем контроллер прямого доступа к памяти прогоняет данные между оперативной памятью и устройствами ввода-вывода информации.

Главное преимущество использования прямого доступа к памяти - быстродействие. В отличие от процессора, представляющего собой универсальное устройство, рассчитанное на решение разнообразных задач, контроллер прямого доступа к памяти выполняет лишь одну функцию, к которой и приспособлены его электронные схемы. Прямой доступ к памяти обычно используется при работе с такими периферийными устройствами, как терминалы с цветными графическими дисплеями, быстродействие которых слишком велико, чтобы центральный процессор мог эффективно управлять ими. ПДП играет полезную роль и при других операциях; например при загрузке в память информации с современных быстродействующих дисковых накопителей, выдающих информацию большими «плотноупакованными» порциями.