Podstawy Informatyki
————————————————————————————————————————
Semestr 1 AiR
Architektura komputera
Spis treści
1.Architektura komputera 3
1.1 Klasyfikacja 3
1.2 Podstawowe elementy komputera 4
1.3 Typy komputerów 5
1.4 Płyta główna 6
1.5 Chipset 14
Literatura 22
2
Przetwarzanie informacji
Architektura komputera - organizacja połączeń między podstawowymi elementami tj. pamięcią, procesorem i urządzeniami wejścia-wyjścia. Potocznie jest to sposób organizacji elementów składowych.
Spotyka się także określenie, że jest to typ procesora i zestaw jego instrukcji. Powinno się mówić raczej, że jest to model programowy procesora.
Klasyfikacja może przebiegać według różnych kryteriów:
a) organizacja pamięci i wykonywania programu:
architektura von Neumanna
architektura harwardzka
W odróżnieniu od architektury von Neumanna pamięć danych programu jest oddzielona od pamięci rozkazów.
Podstawowa architektura komputerów zerowej generacji i początkowa komputerów pierwszej generacji
Prostsza (w stosunku do architektury von Neumanna budowa przekłada się na większą szybkość działania - dlatego ten typ architektury jest często wykorzystywany w procesorach sygnałowych oraz przy dostępie procesora do pamięci cache.
Separacja pamięci danych od pamięci rozkazów sprawia, że architektura harwardzka jest obecnie powszechnie stosowana w mikrokomputerach jednoukładowych, w których dane programu są najczęściej zapisane w nieulotnej pamięci ROM (EPROM/EEPROM), natomiast dla danych tymczasowych wykorzystana jest pamięć RAM (wewnętrzna lub zewnętrzna).
architektura mieszana
Zmodyfikowana architektura harwardzka - znana również jako architektura mieszana, łączy w sobie cechy architektury harwardzkiej i architektury von Neumanna. Oddzielone zostały pamięci danych i rozkazów, lecz wykorzystują one wspólne magistrale danych i adresową. Architektura niniejsza umożliwia łatwe przesyłanie danych pomiędzy rozdzielonymi pamięciami.
b) połączenia procesora z pamięcią i sposób ich wykorzystania,
c) podział pracy i dostęp procesora do pamięci.
Większość współczesnych komputerów opartych jest na architekturze von Neumanna. Zawierają
Procesor – złożonego z części arytmetyczno-logicznej i części sterującej.
Pamięć RAM (Random Access Memory) – zbudowanej z układów scalonych przechowujących dane i program, aktualne wyniki obliczeń. RAM wymienia dane z procesorem na bieżąco.
Urządzeń wejścia/wyjścia – zapewniające komunikacji komputera z otoczeniem.
Współcześnie komputery dzieli się na:
komputery osobiste (PC),
komputery mainframe – przeznaczone do przetwarzania dużych ilości danych dla różnego rodzaju instytucji, względnie stosowane jako serwery,
superkomputery –komputery o bardzo dużej mocy obliczeniowej, używane do czasochłonnych obliczeń np. naukowych i symulacji skomplikowanych procesów,
komputery wbudowane – (osadzone, embedded) -specjalizowane komputery do sterowania urządzeniami automatyki przemysłowej, elektroniki użytkowej (np. telefony komórkowe itp.) a także wybranymi składnikami komputerów
Płyta główna (motherboard, mainboard) – najważniejsza płyta drukowana komputera. Na płycie montuje się najważniejsze elementy. Szereg złącz umożliwia komunikację z pozostałym składnikami komputera.
Najważniejsze elementy płyty głównej.
- procesor lub procesory,
- kontrolery urządzeń,
- zegar czasu rzeczywistego,
- gniazda do zainstalowania pamięci,
- gniazda dodatkowych kart rozszerzających,
- złącza dysku twardego,
- złącza napędów optycznych,
- złącza zasilacza,
- port szeregowy,
-
- port równoległy,
- USB (Universal Serial Bus),
- złącze klawiatury (fiolet), złącze myszy (zieleń).
Budowa płyty głównej komputera typu PC
Kontrolery poszczególnych urządzeń zgrupowane są głównie w dwóch mostkach – północnym i południowym.
Mostek północny, podłączony bezpośrednio do procesora przy pomocy FSB (Front Side Bus jest występującą w wielu architekturach komputerów PC magistralą łączącą procesor z kontrolerem pamięci), zawiera kontroler pamięci oraz kontroler szyny graficznej. W przypadku zintegrowania kontrolera pamięci z procesorem mostek ten może nie występować, wówczas bezpośrednio do procesora podłączany jest przez HyperTransport (magistrala opracowana przez AMD) mostek południowy.
Magistrala to zespół przewodów (bus) – zespół linii oraz układów przełączających służących do przesyłania sygnałów między połączonymi urządzeniami w systemach mikroprocesorowych, złożony z trzech współdziałających szyn:
sterująca (kontrolna) - mówi, czy sygnał ma zostać zapisany, czy odczytany
adresowa (rdzeniowa) - mówi, z jakiej komórki pamięci sygnał ma zostać odczytany lub do jakiej komórki pamięci sygnał ma zostać zapisany;
danych - tą magistralą przepływają dane.
Mostek południowy, podłączony do mostka północnego, może zawierać kontrolery PCI, USB, dźwięku, Ethernetu, dysków (ATA, SATA). Znaczenie skrótów
- PCI (Peripheral Component Interconnect) - magistrala komunikacyjna służąca do przyłączania urządzeń do płyty głównej w komputerach klasy PC. Może być 32 lub 64 bitowa.
- USB (Universal Serial Bus – uniwersalna magistrala szeregowa) – rodzaj sprzętowego portu komunikacyjnego komputerów, zastępującego stare porty szeregowe i porty równoległe. Został opracowany przez firmy Microsoft, Intel, Compaq, IBM i DEC
Wtyczka USB
- Ethernet - technologia, w której zawarte są standardy wykorzystywane w budowie głównie lokalnych sieci komputerowych. Obejmuje ona specyfikację kabli oraz przesyłanych nimi sygnałów.
ATA (Advanced Technology Attachments) – interfejs systemowy w komputerach klasy PC i Amiga przeznaczony do komunikacji z dyskami twardymi zaproponowany w 1983 przez firmę Compaq.
SATA (Serial Advanced Technology Attachment, Serial ATA) - szeregowa magistrala komputerowa, służąca do komunikacji pomiędzy adapterami magistrali hosta (HBA), a urządzeniami pamięci masowej, takimi jak dyski twarde, napędy optyczne i taśmowe. SATA jest bezpośrednim następcą równoległej magistrali ATA.
HBA (Host Bus Adapter lub Host Controller, Host Adapter) to kontroler (mostek) umożliwiający komunikację pomiędzy szyną systemową komputera, a inną szyną lub kanałem komunikacyjnym.
Miejsce chipsetu w komputerze
Chipset - grupa specjalistycznych układów scalonych, które są przeznaczone do wspólnej pracy. Mają zazwyczaj zintegrowane oznaczenia i zwykle sprzedawane jako jeden produkt.
W komputerach, termin chipset jest powszechnie używany w odniesieniu do specjalistycznego układu scalonego lub zestawu układów płyty głównej komputera lub karty rozszerzeń.
Wydajność i niezawodność komputera w znaczącej mierze zależy od tego układu. Układ ten organizuje przepływ informacji pomiędzy poszczególnymi podzespołami jednostki centralnej.
W skład chipsetu wchodzą zazwyczaj dwa układy zwane mostkami.
Mostek północny odpowiada za wymianę danych między pamięcią a procesorem oraz steruje magistralą AGP lub PCI-E.
Accelerated Graphics Port (AGP, Advanced Graphics Port) to rodzaj zmodyfikowanej magistrali PCI opracowanej przez firmę Intel. Jest to 32-bitowa magistrala PCI zoptymalizowana do szybkiego przesyłania dużych ilości danych pomiędzy pamięcią operacyjną a kartą graficzną.
PCI Express (ang. Peripheral Component Interconnect Express) oficjalny skrót PCIe, PCI-E, pionowa magistrala służąca do podłączania urządzeń do płyty głównej. Zastąpiła ona magistrale PCI oraz AGP
Rys. Złącza PCI-Express od góry, niżej złącze PCI
Mostek południowy odpowiada za współpracę z urządzeniami wejścia/wyjścia, takimi jak np. dysk twardy czy karty rozszerzeń.
Podstawowe układy występujące w chipsetach to:
sterownik (kontroler) pamięci dynamicznych
sterownik CPU
sterownik pamięci cache
sterownik klawiatury
sterowniki magistral, przerwań i DMA
Chipsety mogą również zawierać zegar czasu rzeczywistego, układy zarządzania energią, sterowniki dysków twardych IDE, dysków elastycznych, sterownik SCSI, sterownik portów szeregowych i równoległych. SCSI (Small Computer Systems Interface) – równoległa magistrala danych przeznaczona do przesyłania danych między urządzeniami.
Literatura
[1] Małecki R., Arendt D., Bryszewski A., Krasiukianis R.: Wstęp do Informatyki. Skrypt P.Ł. Łódź, 1997
[2] Kisielewicz A.: Wprowadzenie do informatyki. Helion, Gliwice 2002
[3] Biernat J.: Architektura komputerów. Politechnika Wrocławska, Wrocław 2002
[4] http://pl.wikipedia.org/wiki/Chipset
[5] pl.wikipedia.org/wiki/PCI_Express
[6] pl.wikipedia.org/wiki/Magistrala_komunikacyjna
Jarrett_