Архитектура персонального компьютера © Мульганова Е. Б

Магистрально-модульный принцип построения компьютера Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль - три различные шины, через которые подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации; устройства обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.

Чипсет Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета: контроллер-концентратор памяти, или Северный мост (англ. North Bridge), который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой; контроллер-концентратор ввода/вывода, или Южный мост (англ. South Bridge), обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Пропускная способность шины Пропускная способность шины (бит/с) равна произведению разрядности шины (в битах) и частоты шины (в герцах - Гц, 1 Гц = 1 такт в секунду): пропускная способность шины = разрядность шины * частота шины Такт - это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств компьютера.

Системная шина – между Северным мостом и процессором (FSB от англ. FrontSide Bus). Частота системной шины может составлять 400 МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Процессор может получать и передавать данные с частотой 400 МГц * 4 = 1600 МГц. Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна: 64 бита * 1600 МГц = Мбит/с = = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с.

Частота процессора В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет 400 МГц * 8 = 3,2 ГГц.

Шина памяти – обмен данными между северным мостом и оперативной памятью У современных модулей памяти (DDR3 от англ. double- data-rate) частота шины памяти может составлять 400 МГц * 4 = 1600 МГц, т. е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор. Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна: 64 бита * 1600 МГц = Мбит/с = = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с = Мбайт/с. Модули памяти маркируются своей пропускной способностью, выраженной в Мбайт/с: РС4200, РС8500, РС12800 и др.

Шина PCI Express Для подключения видеоплаты к северному мосту шина (Peripherial Component Interconnect bus Express - ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств). Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с.

Шина SATA Устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы) подключаются к южному мосту по шине SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment - последовательная шина подключения накопителей). Скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

Шина USB Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина). Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web-камера, модем и др.).

Увеличение производительности процессора Увеличение производительности процессоров за счет увеличения частоты имеет свой предел из-за тепловыделения. Выделение процессором теплоты Q пропорционально потребляемой мощности Р, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату частоты v : Q ~ Р ~ v 2.

Архитектура персонального компьютера

Увеличение производительности процессора Увеличение производительности процессора, а значит и компьютера, достигается за счет увеличения количества ядер процессора (арифметических логических устройств). Вместо одного ядра процессора используются два или четыре ядра, что позволяет распараллелить вычисления и повысить производительность процессора.

Контрольные вопросы В чем состоит магистрально-модульный принцип построения компьютера? Какие устройства обмениваются информацией через Северный мост? Какие устройства обмениваются информацией через Южный мост? В каком направлении развивается архитектура процессоров?

Практическая работа «Сведения об архитектуре компьютера» Аппаратное и программное обеспечение. Компьютер с установленной операционной системой Windows. Цель работы. Научиться получать сведения об архитектуре компьютера и отдельных его устройствах. Задание. С помощью системы тестирования компьютера получить сведения об его архитектуре компьютера и процессора. Выполнение работы: в операционной системе Windows с помощью программы тестирования компьютера SiSoftware Sandra получить сведения о разных параметрах архитектуры компьютера, используя различные тестирующие модули программы.