Architektura Komputerów/Wykład 15: Struktura komputera

From Studia Informatyczne


Grafika:ASK_M15_S01.png

Ostatni moduł wykładu jest poświęcony typowym strukturom komputerów i ich ewolucji od lat 60-tych XX wieku do współczesności.


Grafika:ASK_M15_S02.png

Grafika:ASK_M15_S03.png

Schemat przedstawia architekturę pamięcio-centryczną, charakterystyczną dla dużych komputerów budowanych w latach 60-tych XX wieku.

Zgodnie z nazwą, centralnym elementem struktury jest pamięć, wyposażona w kilka portów, umożliwiających połączenie jej z kilkoma urządzeniami. Urządzeniami tymi są procesor (lub procesory) i tzw. kanały wejścia-wyjścia, czyli specjalizowane procesory transmitujące dane pomiędzy urządzeniami zewnętrznymi i pamięcią komputera.


Grafika:ASK_M15_S04.png

Grafika:ASK_M15_S05.png

Struktura szynowa, wprowadzona w tzw. minikomputerach w latach 70-tych XX wieku szybko stała się podstawową strukturą dla komputerów o różnych zastosowaniach i mocach obliczeniowych.

Podstawowym elementem komputera jest tu szyna, czyli zespół połączeń pomiędzy modułami. Komputer składa się z pewnej liczby modułów dołączonych do szyny – jednego lub kilku procesorów, bloków pamięci i sterowników wejścia-wyjścia. Pamięci i sterowniki urządzeń są widziane przez procesor w podobny sposób – jako lokacje w przestrzeni adresowej.


Grafika:ASK_M15_S06.png

Grafika:ASK_M15_S07.png

Grafika:ASK_M15_S08.png

Struktura szynowa może być stosowane przy częstotliwościach transmisji nie przekraczających kilku..kilkunastu MHz. W miarę wzrostu wydajności procesorów trzeba było zrezygnować ze struktury szynowej w komputerach uniwersalnych. Do dzisiaj jest ona stosowana wewnątrz układów mikrokontrolerów.

Współczesne komputery, pomimo, że ich fizyczna budowa jest dużo bardziej złożona, od strony logicznej zachowują się tak, jak gdyby miały strukturę szynową.


Grafika:ASK_M15_S09.png

Architektura dwuszynowa zawiera dwie szyny: szybką, łączącą procesor lub procesory z pamięcią oraz wolną, do której podłączone są sterowniki urządzeń zewnętrznych. Obie szyny łączy układ mostu.


Grafika:ASK_M15_S10.png

Grafika:ASK_M15_S11.png

W architekturze trójszynowej, stosowanej w komputerach PC w drugiej połowie lat 90-tych XX wieku, istnieją dwie szyny urządzeń zewnętrznych – szybka i wolna.

W strukturze tej występują dwa mosty, zwane od swego położenia na schemacie blokowym odpowiednio „północnym” i „południowym”.


Grafika:ASK_M15_S12.png

Grafika:ASK_M15_S13.png

Grafika:ASK_M15_S14.png

W przedstawionej strukturze nie ma już szyny wolnych urządzeń wejścia-wyjścia, a część połączeń szynowych została zastąpiona połączeniami typu punkt-punkt, o dużo większej przepustowości.

Most północny zawiera sterownik pamięci. Układ nazywany „mostem południowym” nie pełni roli mostu pomiędzy szynami, lecz zawiera sterowniki większości niezbędnych w komputerze PC urządzeń zewnętrznych.


Grafika:ASK_M15_S15.png

Grafika:ASK_M15_S16.png

We współczesnych komputerach sterownik pamięci umieszczony jest w procesorze. Most północny jest wyposażony w indywidualne łącza dla sterowników urządzeń zewnętrznych, zrealizowane w standardzie PCI express. „Most południowy” jest zintegrowanym sterownikiem urządzeń zewnętrznych. Szyna PCI została zachowana w celu umożliwienia podłączenia starszych sterowników urządzeń. Jest ona przeznaczona do usunięcia.