Появление третьего поколения ЭВМ было обусловлено переходом от транзисторов к интегральным микросхемам. Значительные успехи в миниатюризации электронных схем не просто способствовали уменьшению размеров базовых функциональных узлов ЭВМ, но и создали предпосылки для существенного роста быстродействия процессора. Возникло существенное противоречие между высокой скоростью обработки информации внутри машины и медленной работой устройств ввода-вывода, в большинстве своем содержащих механически движущиеся части.
Процессор, руководивший работой внешних устройств, значительную часть времени был бы вынужден простаивать в ожидании информации «из внешнего мира», что существенно снижало бы эффективность работы всей ЭВМ в целом. Для решения этой проблемы возникла тенденция к освобождению центрального процессора от функций обмена и к передаче их специальным электронным схемам управления работой внешних устройств.
Такие схемы имели различные названия: каналы обмена, процессоры ввода-вывода, периферийные процессоры. Последнее время все чаще используется термин «контроллер внешнего устройства» (или просто контроллер).
Центральный процессор при необходимости произвести обмен выдает задание на его осуществление контроллеру. Дальнейший обмен информацией может протекать под руководством контроллера без участия центрального процессора. Последний получает возможность «заниматься своим делом», т.е. выполнять программу дальше (если по данной задаче до завершения обмена ничего сделать нельзя, то можно в это время решать другую).
Для связи между отдельными функциональными узлами ЭВМ используется общая шина (часто ее называют магистралью). Шина состоит из трех частей:
- шина данных, по которой передается информация;
- шина адреса, определяющая, куда передаются данные;
- шина управления, регулирующая процесс обмена информацией.
Существуют модели компьютеров, у которых шины данных и адреса для экономии объединены. У таких машин сначала на шину выставляется адрес, а затем через некоторое время данные; для какой именно цели используется шина в данный момент, определяется сигналами на шине управления.
Описанную схему легко пополнять новыми устройствами – это свойство называют открытостью архитектуры. Для пользователя открытая архитектура означает возможность свободно выбирать состав внешних устройств для своего компьютера, т.е. конфигурировать его в зависимости от круга решаемых задач.
Системная плата является основной компонентой компьютера. Она покрыта сетью медных проводников-дорожек, по которым подается электропитание и осуществляется передача данных между узлами (устройствами) компьютера.
Непосредственно на материнской плате размещается только минимальное количество микросхем, все остальные компоненты объединяются с помощью системной шины и конструктивно устанавливаются на дополнительных картах (платах расширения), устанавливаемых в специальные разъемы (слоты) на материнской плате. Компьютеры, использующие такую технологию, относятся к вычислительным системам с шинной архитектурой.
На системной плате расположены:
- разъём процессора (ЦПУ),
- разъёмы оперативной памяти (ОЗУ),
- микросхемы чипсета (северный мост, южный мост),
- загрузочное ПЗУ (BIOS),
- контроллеры шин и их слоты расширения,
- контроллеры и интерфейсы периферийных устройств.
форм-фактор
Для материнских плат существует стандарт, определяющий размер, тип крепления, расположения на ней разъема процессора, слотов оперативной памяти и некоторые другие параметры, который называется форм-фактор.
Форм-фактор носит рекомендательных характер.
Большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, так как это влияет на совместимость материнской платы и подключаемого оборудования от других производителей что в свою очередь существенно влияет на конечную цену ПК.
Однако существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов. Это принципиальное решение производителя, обусловленное желанием создать на рынке несовместимый с существующими продуктами «бренд» и эксклюзивно производить к нему периферийные устройства и аксессуары (Apple, Hewlett-Packard, Compaq и др.).
Еще одной особенностью развития современных ЭВМ является все ускоряющееся возрастание роли межкомпьютерных коммуникаций. Все большее количество компьютеров объединяются в сети и обрабатывают имеющуюся информацию совместно.
Таким образом, внутренняя структура вычислительной техники постоянно совершенствовалась, и будет совершенствоваться. Вместе с тем, на данный момент подавляющее большинство существующих ЭВМ, несмотря на имеющиеся различия, по-прежнему состоит из одинаковых узлов и основано на общих принципах фон-неймановской архитектуры.
© Сариева Надежда Анатольевна, ЭОР «Физические основы вычислительной техники»
Учреждение образования «Гомельский государственный профессиональный аграрно-технический лицей», 2022