Архітектура та програмне забезпечення комп'ютера, Детальна інформація

Для вказування адреси служить шина адреси, яка є складовою частиною системної магістралі. Розрядність шини адресиі повинна бути достатньою для адресації всіх комірок пам’яті в масиві і в загальному випадку повинна бути рівною log2 N, де N – кількість комірок пам’яті в масиві (розмір модуля пам’яті в байтах).

До складу модуля пам’яті входить спеціальна електронна схема, яка називається дешифратором адреси. Дешифратор адреси аналізує адресу, встановлену на адресній шині і однозначно визначає комірку пам’яті, до якої має місце звернення, шляхом розбиття адреси на номери рядка та колонки двовимірного масиву комірок.

Запис та читання даних реалізуються за допомогою шини даних магістралі, розрядність якої повинна бути рівною розрядності комірки пам’яті.

Оперативна пам’ять реалізується за допомогою мікросхем пам’яті динамічного типу (DRAM – Dynamic Random Access Memory). Значення кожного біту такої пам’яті фізично представлене наявністю або відсутністю заряду конденсатора, утвореного в структурі напівпровідникового кристалу. В зв’язку з такою організацією час зберігання заряду конденсатором є обмеженим (через існування паразитних зв’язків заряд конденсатора поступово втрачається), а тому необхідним є періодичне відновлення записаної інформації, яке виконується в т.з. циклах регенерації (rsfresh cycles).

Це є одним з основних недоліків динамічної пам’яті, в той час як за критеріями вартості, інформаційної ємності та енергоспоживання даний тип пам’яті має безумовні переваги, порівняно зі статичною пам’яттю (SRAM – Static Random Access Memory). Остання в якості запам’ятовуючого елемента використовує статичний тригер, який має високу швидкодію, однак, поряд із цим, -- високий рівень енергоспоживання, високу вартість та низьку питому інформаційну ємність.

Конструктивно модулі пам’яті виготовляються у вигляді:

мікросхем в корпусах DIP – Dual In-line Package. Така мікросхема має пластмасовий корпус, по обидва боки яког перпендикулярно до корпусу розміщено електричні контакти.

модулів пам’яті SIMM – Single In-line Memory Module. Модуль представляє собою невелику плату, на якій фіксуються (як правило, впаюються) декілька мікросхем пам’яті. Електричні контакти модуля виведено на край плати (крайовий або ножевий з’єднувач – edge connector); однойменні контакти з обох сторін з’єднувача електрично об’єднані, тобто є однією контактною групою.

модулів пам’яті DIMM (Double In-line Memory Module). Модуль подібний до модуля SIMM і відрізняється від останнього тим, що контакти з обох боків ножевого з’єднувача є різними контактними групами.

Модулів пам’яті DDR DIMM або модулів RIMM. Перший використовується для виготовлення модулів пам’яті, типу DDR (Double Data Rate), від DIMM відрізняється більшою кількістю контактів; другий – для виготовлення модулів пам’яті RDRAM (Rambus Direct DRAM), характерною особливістю яких є однакова довжина всіх сигнальних ліній, що важливо для роботи пам’яті на високих частотах.

Для встановлення модулів призначені спеціальні гнізда (слоти), кожний для свого типу модуля. Мікросхеми в корпусах DIP встановлюються в спеціальних розетках (sockets).

3.2.2. Постійна пам’ять.

Одразу ж після включення мікропроцесор звертається до оперативної пам’яті, інтерпритуючи її вміст, як машинні коди команд програми, тобто розпочинає виконання програми. Однак на даний момент жодної програми в оперативній пам’яті немає, оскільки при відключенні живлення її вміст втрачається, тобто має місце проблема завантаження програми до оперативної пам’яті. Цей процес, в свою чергу, також має здійснюватися програмно, тобто необхідна програма, яка б постійно зберігалася в пам’яті і виконувала роботу по завантаженню (ініціалізації) комп’ютера.

Для зберігання такої програми та іншої, важливої для комп’ютерної системи інформації використовується постійна пам’ять (ROM – Read-Only Memory). На відміну від оперативної, вміст постійної пам’яті не втрачається при вимкненні живлення комп’ютера, тобто інформація в ROM зберігається завжди. Така властивість постійної пам’яті отримала назву енергонезалежності. В свою чергу, постійна пам’ять дозволяє лише читання інформації і не дозволяє запис; початковий запис до ROM здійснюється на заводі виробником комп’ютера.

Мікропроцесор побудовано таким чином, що перше звернення до пам’яті він здійснює за адресою, яка фактично є адресою комірки постійної пам’яті, і таким чином розпочинає виконання записаної до неї програми. Цю програму прийнято називати програмою початкового завантаження або програмою ініціалізації комп’ютера.

Окрім програми ініціалізації, до постійної пам’яті записано набір програм тестування обладнання та набір програм для роботи зі стандартними пристроями вводу-виводу, які в сукупності утворюють базову систему вводу-виводу комп’ютера (BIOS – Basic Input-Output System).

3.3. Пристрої вводу-виводу.

Пристрої вводу-виводу (контролери, адаптери) забезпечують підключення та обмін інформацією з комп’ютером великої кількості різноманітних периферійних пристроїв. З одного боку, пристрої вводу – виводу підключені до системної магістралі, подібно до процесора та оперативної пам’яті і взаємодіють з останніми за інтерфейсом магістралі, з іншого – мають набір з’єднувачів для підключення відповідних периферійних пристроїв.

Подібно до комірок пам’яті, кожен пристрій має свій номер в системі (адресу), за якою він ідентифікується мікропроцесором або іншим пристроєм. Адресні простори оперативної пам’яті та пристроїв вводу – виводу є незалежними, тобто комірка пам’яті та подібний пристрій можуть мати однакову адресу в системі.

Стандартно в комп’ютері передбачена наявність таких пристроїв вводу-виводу:

Контролер клавіатури – забезпечує підключення клавіатури до комп’ютера та обробку її сигналів. У випадку натиснення клавіші контролер клавіатури генерує двійкове число, яке фактично скен- кодом клавіші або ASCII-кодом введеного символу.

Контролер прямого доступу до пам’яті (Direct Memory Access – DMA) – реалізує можливість перенесення великих масивів інформації між оперативною пам’яттю та будь-яким пристроєм без участі центрального процесора.

Контролер переривань – організує чергу запитів на обслуговування від різних пристроїв і генерує для мікропроцесора адрес (векторів) програм обробки переривань.

Контролери гнучкого та жорсткого дисків – забезпечують обмін даними та керування роботою жорстких та дисководів гнучких дисків, пристроїв CD-ROM, магніто-оптичних накопичувачів та ін.

Відеоадаптер – забезпечує необхідне перетворення інформації, попередньо розміщеної в його пам’яті, для відображення її в зручному вигляді на екрані монітора. Використовує архітектуру memory map, тобто пам’ять відеоадаптера знаходиться в межах адресного простору оперативної пам’яті комп’ютера. Використовуюється для підключення монітора.

Звуковий адаптер – реалізує можливість запису, обробки та відтворення аудіо-інформації. Використовується для підключення акустичних систем, мікрофонів, побутових аудіо-приладів.

Мережевий адаптер – забезпечує об’єднання ПК в локальну комп’ютерну мережу (LAN – Local Area Network), здійснює необхідні перетворення інформації для іі передачі за мережею. Обладнаний з’єднувачем для мережевого кабеля.

Послідовний та паралельний порти та порт IrDA (Infra Red Data Access) – Забезпечують підключення до ПК найрізноманітніших периферійних пристроїв, таких, як модем, принтер, сканер, маніпулятор “миша” та ін. Порт IrDA в якості середовища транспортування інформації використовує світлові промені інфрачервоного діапазону, надає зручний спосіб підключення пристроїв без необхідності застосування електричних кабелів.

Контролер USB (Univarsal Serial Bus – універсальна послідовна шина) – реалізує принципово новий підхід щодо підключення периферії до ПК, дозволяє підключати значну кількість периферійних пристроїв, які, до того ж можуть знаходитися на значній відстані від комп’ютера.

Для підключення пристроїв вводу-виводу до системної магістралі на основній (материнській) платі комп’ютера є спеціальні з’єднувачі (слоти). В сучасних комп’ютерах більшість таких пристроїв є вбудованими (інтегрованими) в материнську плату і потреби в їх встановленні немає.