Архітектура та програмне забезпечення комп'ютера, Детальна інформація

До операційного ресурсу процесора входять команди, які не формують результату (наприклад – порожня операція (No OPeration – NOP)), а тому фаза 4 може бути пропущена.

Доведено, що для реалізації довільного алгоритму достатньо операційного ресурсу, до якого входять лише 4 команди:

- пересилка даних з комірки в комірку;

- інкримент (або дикремент) лічильника;

- умовний перехід по співпаданню слів;

- безумовна зупинка.

Операційний ресурс реальних процесорів складається зі 100-400 команд, що значно спрощує процес програмування.

2.2. Архітектура комп’ютера.

Сучасні комп’ютери використовують магістрально-модульну (магістрально-блочну) організацію (мал.2.2.1.), в основу якої покладено поняття модуля – електронної схеми, яка виконує певну функцію в комп’ютері (модуль пам’яті, центральний процесор), та магістралі – сукупності ліній електричного зв’язку, які забезпечує взаємодію модулів.

Кожен модуль, під’єднаний до магістралі може здійснювати обмін інформацією з іншим модулем. Модулі, які можуть виконувати роль ініціатора обміну, називаються Master (Bus-Master) – вони ж і керують процесом обміну -- генерують необхідні керуючі сигнали та аналізують і адекватно реагують на відповідні сигнали статусу модуля-кореспондента. Модулі, які не можуть керувати процесом обміну інформацією за магістраллю, називаються Slave. Вони аналізують сигнали керування, згенеровані модулем, типу Master і інформують його про свій стан шляхом встановлення відповідних сигналів статусу.

Деякі з модулів можуть працювати лише як Master (наприклад, центральний процесор), інші – як Slave (наприклад, модуль пам’яті); існують модулі, які можуть працювати як Master і як Slave (наприклад, контролер жорсткого диску). На магістралі можуть бути присутні декілька модулів, типу Master, однак керувати магістраллю одночасно вони не можуть. Конфлікти між модулями, які одночасно намагаються отримати доступ до магістралі, вирішуються спеціальним модулем – арбітром. Завданням арбітра є аналіз претензій на керування магістраллю від пристроїв, типу Master і задоволення запиту лише одного з них. Така схема вирішення конфліктів називається паралельним арбітражем.

Існують методи послідовного арбітражу, типу Daisy Chain, які не передбачають наявності модуля-арбітра. При використанні даного способу арбітражу функції арбітра виконує сама магістраль. Прикладом такої схеми арбітражу є шина USB –Universal Serial Bus (універсальна послідовна магістраль, призначена для підключення великої кількості периферійних пристроїв).

Схема на мал.2.2.1. відображає магістрально-модульну архітектуру з паралельним арбітражем.

3. Основні компоненти комп’ютера.

3.1. Пам’ять.

3.1.1. Логічна організація пам’яті.

Пам’ять комп’ютера (мал.3.1.1.1.) представлена у вигляді неперервного масиву комірок, кожна з якої може зберігати один байт інформації. Кожній комірці пам’яті ставиться у відповідність її номер в масиві. Комірки нумеруються, починаючи з нуля; номер комірки називається адресою, а кількість комірок в масиві називається розміром або об’ємом пам’яті в байтах.

Пам’ять комп’ютера реалізує три основні функції: прийняття даних (запис інформації), видача даних (читання інформації) та збереження інформації. Процес читання або запису з\до пам’яті називається зверненням або доступом до пам’яті.

Модуль пам’яті забезпечує звернення (доступ) до будь-якої комірки пам’яті в межах масиву, при цьому ідентифікація комірки, до якої здійснюється звернення, реалізується шляхом безпосереднього вказування її номера в масиві, тобто адреси.

Для вказування адреси використовується набір ліній електричного зв’язку, за кожною з яких передається одна двійкова цифра адреси шляхом встановлення низького або високого рівня напруги. Така сукупність ліній електричного зв’язку, які несуть сигнали одного функціонального призначення, називається шиною. Набір ліній, призначених для встановлення адреси комірки пам’яті, нашивається шиною адреси або адресною шиною. Кількість лінй в наборі називається шириною або розрядністю шини і повинна бути достатньою для адресації всіх комірок пам’яті в масиві. В загальному випадку розрядність адресної шини, яка необхідна для адресації всіх комірок модуля пам’яті заданого об’єму, визначається формулою 3.1.1.1.

(3.1.1.1.)

де N –кількість комірок в модулі (об’єм модуля пам’яті).

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.

Запис та читання даних реалізуються за допомогою шини даних -- набору ліній електричного зв’язку, за кожною з яких передається один біт інформації. Кількість ліній в наборі називається шириною або розрядністю шини даних і має бути не меншою 8 (для передачі одного байту інформації).

3.1.2. Класифікація пам’яті.

За тривалістю зберігання інформації:

Оперативна або пам’ять з довільним доступом (RAM – Random Access Memory) призначена для зберігання даних та кодів команд програми в процесі її виконання. В будь-який момент часу можливий доступ до довільної комірки оперативної пам’яті, причому можливим є як читання інформації так і її запис. При виключенні живлення інформація, яка зберігалася в оперативній пам’яті, втрачається.

Постійна або пам’ять тільки для читання (ROM – Read Only Memory) – зберігає всю інформацію навіть при відключеному живленні (така властивість називається енергонезалежністю), однак запис інформації до такої пам’яті неможливий. Основним призначенням такої пам’яті є зберігання важливої системної інформації, яка не підлягає змінам та кодів стандартних програм (наприклад, програми запуску комп’ютера).

За пошуком інформації в пам’яті:

Адресна пам’ять. Пошук інформації в адресній пам’яті здійснюється шляхом безпосереднього встановлення адреси комірки пам’яті. Розділ 3.1.1. містить опис принципів роботи адресної пам’ять. За адресним принципом функціонує оперативна пам’ять комп’ютера.