Архитектура системной платы. Северный и южный мост
Аппаратная реализация кэш - памяти центрального процессора.
Уровни кэш – памяти центрального процессора.
Кэширование внешних накопителей. Аппаратная реализация.
Программная реализация кеш – памяти.
25. Адресная структура памяти. Принцип построения устройств памяти.
24. Иерархия памяти в персональном компьютере. Стандарты модулей ОЗУ.
25. Устройство материнской платы. Основные компоненты и шины.
26. Понятие слота расширения. Основные слоты расширения персонального компьютера.
Связь между компонентами компьютера через магистраль
Обмен данными между оперативной памятью и кэш. Шины данных.
29. Служебные функции операционной системы.
30. Операционная система как интерфейс между пользователем и компьютером
1. Понятие архитектуры и структуры ЭВМ.
Архитектурой компьютера - его представление на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы организации памяти и т.д. архитектура определяет принципы построения, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного запоминающего устройства, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры различных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.
Структура компьютера – совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства – от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.
2. Архитектура фон Неймана.
В основе построения большинства компьютеров лежат принципы, сформулированные в 1945 г. Американским ученым Джоном фон Нейманом, и имеет следующие принципы:
Принцип программного управления. Из него следует. Что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. Так как команды расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если после выполнения команды следует перейти не к следующей, а к какой-то другой, используют команды условного и безусловного переходов (ветвление), которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащий следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается по достижении и выполнении команды stop. Таким образом процессор выполняет программу автоматически без участия человека.
Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что храниться в данной ячейки памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять те же действия, что и над данными. Это открывает ряд возможностей. Например, программа в процессе выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции – перевода программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них значениям можно было обратиться или изменить их значение с использованием присвоенных имен.
3. Классификация компьютеров. Серверы. Мейнфреймы. компьютеры с кластерной архитектурой.
Компьютеры классифицируются по этапам создания, размерам и функциональным возможностям, назначению, размерам и вычислительной мощности.
Серверы - мощные компьютеры в вычислительных сетях, которые осуществляют обслуживание подключенных к ним компьютеров, предоставляют свои ресурсы для использования другими пользователями и обеспечивают выход в другие сети. Часто серверы специализируются на обслуживании рабочих станций в какой-то определенной области. В зависимости от назначения определяют такие типы серверов: сервер приложений, файл-сервер, архивационный сервер, факс-сервер, почтовый сервер, сервер печати, сервер телеконференций.
Мейнфре́йм - большая универсальная ЭВМ — высокопроизводительный компьютер со значительным объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ.
Кластерная архитектура - набор рабочих станций (персональных компьютеров) общего назначения, соединенных с помощью стандартных сетевых технологий (Fast/Gigabit Ethernet) на базе шинной архитектуры или коммутатора. Такие суперкомпьютерные системы являются самыми дешевыми, поскольку собираются на базе стандартных комплектующих элементов ("off the shelf"), процессоров, коммутаторов, дисков и внешних устройств. Архитектура кластерной системы в большей степени определяет ее производительность, чем тип используемых в ней процессоров. Критическим параметром, влияющим на величину производительности такой системы, является расстояние между процессорами. Так, соединив вместе 10 персональных компьютеров, мы получим систему для проведения высокопроизводительных вычислений, проблема, однако, будет состоять в нахождении наиболее эффективного способа соединения стандартных средств друг с другом, поскольку при увеличении производительности каждого процессора в 10 раз производительность системы в целом в 10 раз не увеличится.
Архитектура системной платы. Северный и южный мост
Матери́нская пла́та — это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера. Материнская плата содержит разъёмы (слоты) для подключения дополнительных контроллеров, для подключения которых обычно используются шины USB, PCI-Express.
Основные компоненты, установленные на материнской плате:
Центральный процессор - электронный блок либо интегральная схема, исполняющая машинные инструкции, главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера.
Северный мост - системный контроллер обеспечивающий подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.
Южный мост - периферийный контроллер — содержащий контроллеры периферийных устройств, контроллеры шин для подключения периферийных устройств, а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности.
Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.
Оперативная память — часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию. Предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций.
Классификация материнских плат по форм-фактору
Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу.
Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.
Современные: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, CEB.
Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX
Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов. Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узко специализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов.