Архітектура та програмне забезпечення комп'ютера, Детальна інформація

Команди програми розміщуються в пам’яті послідовно, займаючи суміжні комірки пам’яті; розмір пам’яті, необхідний для збереження коду команди, залежить від самої команди і, як правило, складає 1 – 15 байт. Перший байт коду команди називається кодом операції і присутній завжди; всі інші байти можуть бути присутніми або відсутніми в залежності від команди. Формат машинного коду команди приведено на мал. 3.2.2.2.

Байт адресації присутній, якщо команда передбачає роботу з даними в оперативній пам’яті і визначає спосіб формування адреси операндів. Байт масштабування може бути присутнім при обробці масивів даних, операнди можуть мати розмірність 8, 16, 32 біт (1, 2, 4 байт).

У відповідності з циклом керування Дж.Фон-Неймана, процес виконання команди умовно розбивається на декілька машинних циклів, кількість яких залежить від самої команди і може відрізнятися для різних команд. Першим машинним циклом є цикл читання коду операції команди з оперативної пам’яті і присутній завжди, тобто виконання команди супроводжується, як мінімум, одним машинним циклом. За кодом операції визначається наявність інших байтів команди, а значить, і необхідність ініціювання наступних циклів шини. Цикли шини ініціюються мікропроцесором лише при потребі читання або запису даних з\до пам’яті або пристроїв вводу-виводу.

3.3. Пристрої вводу-виводу.

Оперативна пам’ять та мікропроцесор є необхідними для функціонування комп’ютера структурними елементами, однак недостатніми для ефективного використання ПК. Необхідно організувати зручний спосіб взаємодії оператора з комп’ютером, що реалізується за допомогою різноманітних зовнішніх пристроїв, які, в свою чергу взаємодіють з ПК через пристрої вводу-виводу. Остані виконують функції обміну даними периферії з комп’ютером а також здійснюють керування периферійними пристроями.

Пристрої вводу-виводу підключені до системної магістралі подібно мікропроцесору та пам’яті і взаємодіють з процесором (або пам’яттю, якщо пристрій може працювати в режимі Master) за стандартними правилами роботи магістралі.

Подібно до комірок пам’яті, кожен пристрій має свою адресу, за якою він ідентифікується мікропроцесором або іншим пристроєм, типу Master. Адреси комірок пам’яті та пристроїв вводу-виводу можуть співпадати, тобто адресні простори пам’яті та пристроїв вводу-виводу є принципово різними.

До пристроїв вводу-виводу належать:

Контролер клавіатури – пристрій, який забезпечує підключення клавіатури 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 вводу-виводу без участі центрального процесора. Під час роботи самостійно керує системною магістраллю, тобто є пристроєм, типу Master.

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.

Звуковий адаптер – реалізує можливість обробки аудіо-інформації.

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

Послідовний та паралельний порти – дають можливість підключення до ПК найрізноманітніших периферійних пристроїв.

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.

Порт IrDA (Infra-red Data Access) – оптичний порт, який в якості середовища передачі використовує світлові промені інфрачервоного діапазону.

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.

4. Периферійні пристрої.

Периферійні пристрої призначені для забезпечення вводу-виводу інформації в необхідному для оператора форматі, а також зручності взаємодії останнього з комп’ютером. Периферійні пристрої бувать зовнішніми або вбудованими.

Зовнішні пристрої виготовляються, як окремі прилади, які обладнані власним блоком живлення і вимагають для підключення окремої розетки в електричній мережі. Зв’язок між комп’ютером та зовнішніми пристроями здійснюється за допомогою спеціальних сигнальних кабелів через відповідні пристрої вводу-виводу. В зовнішньому виконанні виготовляються пристрої, які мають значну споживану потужність, або з ергономічних міркувань (з точки зору зручності використання) не можуть бути виготовлені у внутрішньому виконанні.

Внутрішні периферійні пристрої не мають власного блоку живлення, а тому використовують блок живлення комп’ютера і є вбудованими в його системний блок. Зв’язок між комп’ютером і такими пристроями реалізується за допомогою спеціальних сигнальних кабелів (шлейфів) через відповідні пристрої вводу-виводу або безпосередньо за системною магістраллю.

Існують багато різновидів периферійних пристроїв, основними з яких є:

Клавіатура. Призначена для вводу інформації в комп’ютер та керування з боку оператора процесом виконання програми. Підключається до ПК через контролер клавіатури або порт IrDA і є зовнішнім пристроєм, хоча і не має власного блоку живлення.

Монітор. Призначений для відображення (виводу) інформації – результатів роботи програм на екрані електронно-променевої трубки (ЕПТ). Сучасні монітори використовують т.з. рідкокристалічний екран, що суттєво покращує їх технічні характеристики, зменшує габарити та споживану потужність а також шкідливий вплив на оператора. Підключається до ПК через відеоадаптер і є зовнішнім пристроєм.

Маніпулятор “миша”. Є зручним інструментом керування комп’ютером, особливо, якщо на останньому виконуються програми з графічним інтерфейсом користувача. Є електронно-механічним пристроєм, який відслідковує власне переміщення на поверхні і передає дану інформацію до ПК, який, обробивши її, відповідним чином реагує. Власного блоку живлення не має, хоча і виготовляється в зовнішньому виконанні іпідключається до ПК через послідовний порт або порт IrDA.

Дисководи гнучких дисків (FDD – Floppy Disk Drive). Призначені для запису та читання інформації на змінних магнітних носіях – гнучких дисках (дискетах). Дискети (а відповідно, і дисководи) бувають двох форматів; 5.25 та 3.5 дюймовими (1 дюйм ( 2.25 см.). Як правило, є внутрішніми пристроями і підключаються до ПК через контролер гнучких дисків.

Жорсткі диски (HDD – Hard Disk Drive). Реалізують збереження інформації на незмінних магнітних носіях. В порівнянні з гнучкими магнітними дисками (дискетами) можуть зберігати набагато більші об’єми інформації і здійснювати її читання/запис набагато швидше. Підключаються до комп’ютера через контролер жорстких дисків і є внутрішніми пристроями.

Дисководи CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD. Дозволяють працювати з інформацією на оптичних дисках (compact-disk). В залежності від матеріалу виготовлення та функціонального призначення оптичних дисків дозволяють читання даних – CD-ROM, одноразовий запис та багаторазове читання – CD-R, багаторазове читання та запис (CD-RW). Оптичні диски можуть зберігати 650-700 МБайт (1 Байт = 1024 кБайт =1 048 576 байт), диски DVD – приблизно в 40 разів більше. Можуть виготовлятися в зовнішньому або внутрішньому виконанні. Зовнішні дисководи підключаються до комп’ютера через паралельний порт; внутрішні – через контролер жорстких дисків.

Стримери. Призначені для збереження великих об’ємів інформації на магнітних касетних накопичувачах. В якості носіїв інформації можуть використовуватись як звичайні аудіо-відео касети так і спеціалізовані касетні накопичувачі.Бувають внутрішніми (підключаються через контролер жорстких дисків) і зовнішніми (підключаються через послідовний або паралельний порти).