Klasična računalniška arhitektura. Glavne značilnosti arhitekture sodobnih osebnih računalnikov

Kljub temu, da sodobne modele računalnikov na trgu predstavlja široka paleta blagovnih znamk, se zbirajo v majhnem številu arhitektur. Kaj je razlog? Kakšna je specifična arhitektura sodobnih osebnih računalnikov? Katere komponente programske in strojne opreme ga sestavljajo?

Opredelitev arhitekture

Kaj je arhitektura računalnika? S tem precej širokim pojmom je običajno razumeti množico logičnih načel sestavljanja računalniškega sistema, pa tudi posebnosti tehnoloških rešitev, ki so v njem vpeljane. Arhitektura računalnika je lahko orodje za standardizacijo. To pomeni, da je mogoče računalnike v njem sestaviti v skladu z uveljavljenimi shemami in tehnološkimi pristopi. Združevanje določenih konceptov v enotno arhitekturo olajša promocijo računalniškega modela na trgu, omogoča ustvarjanje programov, ki jih razvijajo različne blagovne znamke, vendar zagotavlja, da so primerni za to. Enotna arhitektura računalnika omogoča tudi proizvajalcem računalnikov, da aktivno sodelujejo, da bi izboljšali nekatere komponente računalniške tehnologije.

Pod pojmom je mogoče razumeti sklop pristopov za sestavljanje računalnikov ali njegovih posameznih komponent, sprejetih na ravni določene blagovne znamke. V tem smislu je arhitektura, ki jo je razvil proizvajalec, njena intelektualna lastnina in jo uporablja samo ona, lahko deluje kot konkurenčno orodje na trgu. Tudi v tem primeru se lahko odločitve različnih blagovnih znamk včasih uvrstijo pod splošni koncept, ki združuje ključna merila, ki označujejo računalnike različnih modelov.

Izraz informatike »arhitektura računalnika« kot veje znanja je mogoče razumeti na različne načine. Prva različica razlage vključuje razlago obravnavanega pojma kot standardizacijsko merilo. V skladu z drugo razlago je arhitektura bolj kategorija, ki omogoča enemu proizvajalcu, da postane konkurenčna drugim.

Najbolj zanimiv vidik je povezanost zgodovine in arhitekture računalnika. Predvsem gre za nastanek klasičnega logičnega oblikovanja računalnikov. Upoštevajte njegove značilnosti.

Klasična računalniška arhitektura

Ključna načela, po katerih naj bi načrtovanje osebnih računalnikov sledilo določeni logični shemi, je predlagal ugledni matematik John von Neumann. Njegove ideje so izvajali proizvajalci osebnih računalnikov iz prvih dveh generacij. Koncept, ki ga je razvil John von Neumann, je klasična računalniška arhitektura. Kakšne so njegove značilnosti? Predpostavlja se, da mora računalnik vsebovati naslednje glavne komponente:

- aritmetični in logični blok;

- krmilne naprave;

- blok zunanjega pomnilnika;

- blok RAM-a;

- naprave, namenjene za vnos in izhod informacij.

V okviru te sheme je treba interakcijo tehnoloških komponent izvajati v določenem zaporedju. Prvič, podatki iz računalniškega programa, ki jih lahko vnesete z zunanjo napravo, pridejo v pomnilnik računalnika. Nato nadzorna naprava bere informacije iz pomnilnika računalnika in jih nato pošlje izvršitvi. Pri tem uporabite preostale komponente računalnika, če je to potrebno.

Arhitektura sodobnih računalnikov

Razmislite, katere so glavne značilnosti arhitekture sodobnih osebnih računalnikov. To se nekoliko razlikuje od koncepta, ki smo ga proučevali zgoraj, vendar ga v mnogih pogledih nadaljuje. Ključna značilnost najnovejše generacije osebnih računalnikov je aritmetična, logična enota in dejstvo, da so krmilne naprave združene v eno samo tehnološko komponento - procesor. V mnogih pogledih je to omogočil videz čipov in njihovo nadaljnje izboljšanje, kar je omogočilo prilagoditev širokega spektra funkcij na sorazmerno majhnem delu računalnika.

Za arhitekturo sodobnega osebnega računalnika je značilna tudi prisotnost krmilnikov. Pojavile so se kot rezultat revizije koncepta, v katerem naj bi procesor opravljal funkcijo izmenjave podatkov z zunanjimi napravami. Zaradi zmožnosti integriranih vezij, ki so se pojavili, so se proizvajalci osebnih računalnikov odločili, da ustrezno funkcionalno komponento ločijo od procesorja. Tako so obstajali različni izmenjevalni kanali kot tudi periferni čipi, ki so se potem začeli imenovati kontrolorji. Ustrezne komponente strojne opreme na sodobnih osebnih računalnikih lahko na primer nadzorujejo delovanje diskov.

Arhitektura sodobnih modelov in računalnikov vključuje uporabo vodila. Njegov glavni namen je zagotoviti komunikacijo med različnimi strojnimi elementi računalnika. Njegova struktura lahko predvideva prisotnost specializiranih modulov, ki so odgovorni za določeno funkcijo.

IBM-ova arhitektura

IBM je razvil arhitekturo računalnika, ki je dejansko postala eden izmed svetovnih standardov. Njegova posebnost je odprtost. To pomeni, da računalnik v njem preneha biti končni izdelek blagovne znamke. IBM ni monopolist trga, čeprav je eden od njegovih pionirjev pri razvoju ustrezne arhitekture.

Uporabnik ali podjetje, ki zbira osebne računalnike na IBM-ovi platformi, lahko neodvisno določita, katere komponente bodo vključene v računalniško strukturo. Prav tako je možno zamenjati eno ali drugo elektronsko komponento z naprednejšo. Hiter razvoj računalniške tehnologije je omogočil uveljavitev načela odprte arhitekture računalnika.

Funkcije programske opreme za IBM-ove arhitekturne računalnike

Pomembno merilo za dodelitev osebnega računalnika IBM-ovi platformi je združljivost z različnimi operacijskimi sistemi. Sledi tudi odprtost te vrste arhitekture. Računalnike, povezane z IBM-ovo platformo, lahko upravljajo Windows, Linux v velikem številu sprememb, pa tudi drugi operacijski sistemi, ki so združljivi s komponentami strojne opreme osebnega računalnika obravnavane arhitekture. Razen programske opreme večjih blagovnih znamk se lahko na IBM-ovi platformi namestijo različni produkti programske opreme za izdajo, katerih izdaja in namestitev običajno ne zahtevata usklajevanja s proizvajalci strojne opreme.

Med komponentami programske opreme, ki so na skoraj vsakem računalniku na IBM-ovi platformi, je osnovni vhodni in izhodni sistem, imenovan tudi BIOS. Zasnovan je tako, da zagotavlja izvajanje osnovnih funkcij strojne opreme računalnika, ne glede na to, kateri tip operacijskega sistema je nameščen na njem. In to je še en znak odprtosti zadevne arhitekture: proizvajalci BIOS-a so strpni do proizvajalcev OS in katere koli druge programske opreme. Dejstvo, da lahko BIOS izdelajo različne blagovne znamke, je prav tako merilo za odprtost. Funkcionalno so sistemi BIOS-a različnih razvijalcev blizu.

Če v računalniku ni nameščen BIOS, je njegovo delovanje skoraj nemogoče. Ni pomembno, ali je operacijski sistem nameščen na osebnem računalniku - potrebno je zagotoviti interakcijo med komponentami strojne opreme računalnika in jo je mogoče izvajati samo s pomočjo BIOS-a. Za ponovno nameščanje BIOS-a v računalnik so potrebna posebna programska in strojna orodja, za razliko od namestitve operacijskega sistema ali druge vrste programske opreme, ki se izvaja v njem. Ta funkcija BIOS-a je odvisna od dejstva, da mora biti zaščitena pred računalniškimi virusi.

Uporabnik lahko s pomočjo BIOS-a nadzoruje komponente strojne opreme računalnika in razkrije določene nastavitve. In to je tudi eden od vidikov odprtosti platforme. V nekaterih primerih lahko delo z ustreznimi nastavitvami omogoči opazen pospešek računalnika, stabilnejše delovanje posameznih komponent strojne opreme.

BIOS v mnogih osebnih računalnikih je dopolnjen z lupo UEFI, kot menijo mnogi strokovnjaki za IT, kar je precej uporabna in funkcionalna programska rešitev. Vendar osnovni namen UEFI ni bistveno drugačen od tistega, kar je značilno za BIOS. Pravzaprav je to isti sistem, vendar je vmesnik v njem nekoliko bližje temu, kar je značilno za operacijski sistem PC.

Najpomembnejša vrsta programske opreme za računalnike je gonilnik. Komponenta strojne opreme, ki je nameščena v računalniku, mora pravilno delovati. Gonilnike običajno izdelujejo proizvajalci računalniških naprav. Vendar pa ustrezna vrsta programske opreme, ki je združljiva z enim operacijskim sistemom, kot je Windows, običajno ni primerna za druge operacijske sisteme. Zato mora uporabnik pogosto izbrati gonilnike, ki so združljivi z določenimi vrstami računalniške programske opreme. V tem smislu IBM-ova platforma ni dovolj standardizirana. Lahko se zgodi, da naprava, ki popolnoma deluje pod operacijskim sistemom Windows, ne bo mogla delovati pod Linuxom, ker uporabnik ne more najti potrebnega gonilnika ali ker proizvajalec strojne komponente preprosto ni imel časa za sprostitev prave vrste programske opreme.

Pomembno je, da je rešitev, ki bo vključena v računalniško strukturo, združljiva ne le s posebno arhitekturo, ampak tudi z drugimi tehnološkimi elementi računalnika. Katere komponente je mogoče spremeniti v sodobnih osebnih računalnikih? Med ključnimi: matična plošča, procesor, RAM, grafična kartica, trdi diski. Poglejmo podrobneje posamezne komponente, ugotovimo, od česa je odvisna njihova združljivost z ostalimi elementi strojne opreme in ugotovimo, kako se lahko načelo odprte arhitekture računalnika v praksi najbolj pravilno izvaja.

Matična plošča

Ena od ključnih komponent sodobnega računalnika je matična plošča ali sistemska plošča. V njem so krmilniki, avtobusi, mostovi in ​​drugi elementi, ki omogočajo kombiniranje različnih strojnih komponent. Zahvaljujoč temu se dejansko izvaja sodobna računalniška arhitektura. Matična plošča vam omogoča učinkovito distribucijo funkcij vašega računalnika po različnih napravah. Ta komponenta postavlja na večino preostalih, in sicer procesor, grafično kartico, RAM, trde diske itd. BIOS, najpomembnejša programska komponenta računalnika, je v večini primerov napisana v enem od čipov na matični plošči. Pomembno je, da ustrezni elementi niso poškodovani.

Zamenjavo matične plošče ali izbiro pravega modela v postopku montaže računalnika, morate zagotoviti, da bo njegov novi model združljiv z drugimi komponentami strojne opreme. Torej obstajajo matične plošče, ki podpirajo procesorje Intel, vendar obstajajo tudi tiste, na katere lahko namestite le čipi AMD. Zelo pomembno je zagotoviti, da nova plošča podpira obstoječe pomnilniške module. Kot je za grafično kartico in trde diske, običajno ni težav zaradi dovolj visoke ravni standardizacije na posameznih trgih. Vendar pa je nezaželeno, da se nova matična plošča in te komponente preveč razlikujejo v smislu proizvodnosti. V nasprotnem primeru bo manj produktivni element upočasnil celoten sistem.

Procesor

Glavni čip sodobnega računalnika je procesor. Arhitektura odprtega računalnika omogoča uporabniku, da po lastni presoji namesti na računalnik močnejši, produktivnejši, tehnološki procesor. Vendar pa ta možnost lahko vključuje številne omejitve. Tako je na splošno nemogoče zamenjati procesor Intel z AMD, ne da bi nadomestili drugo komponento - matično ploščo. Problematično je tudi namestiti en čip namesto drugega iste blagovne znamke, ki pa pripada drugi vrsti tehnološke linije.

Namestitev zmogljivejšega procesorja na osebni računalnik, morate zagotoviti, da RAM, trdi diski in grafična kartica niso daleč za njim tehnološko. V nasprotnem primeru, kot smo že omenili, zamenjava čipa morda ne bo prinesla pričakovanih rezultatov - računalnik ne bo deloval hitreje. Glavni kazalniki delovanja procesorja so urna frekvenca, število jeder, velikost predpomnilnika. Čim večji so, tem hitreje deluje čip.

RAM

Ta komponenta neposredno vpliva tudi na delovanje računalnika. Glavne funkcije RAM-a na splošno so enake, kot so bile značilne za računalnikov generacij. V tem smislu je RAM klasična strojna komponenta. Vendar pa to poudarja njegov pomen: do sedaj proizvajalci osebnih računalnikov niso prišli do vredne alternative.

Glavno merilo za zmogljivost pomnilnika je njegov obseg. Bolj ko je, hitreje deluje računalnik. Prav tako imajo računalniški moduli uro frekvenco, tako kot procesor. Višja kot je, računalnik je bolj produktiven. Zamenjavo RAM-a je treba izvesti, pri čemer je treba zagotoviti, da so novi moduli združljivi z matično ploščo.

Video kartica

Načela arhitekture osebnih računalnikov prve serije niso pomenila ločitve grafične kartice v ločeno komponento. To pomeni, da je ta strojna rešitev tudi eden od kriterijev za razvrščanje računalnika v moderne generacije. Video kartica je odgovorna za obdelavo računalniške grafike - eno najbolj zapletenih podatkovnih tipov zahtevajo visoko zmogljive IC.

To komponento strojne opreme je treba zamenjati s korelacijo njenih glavnih značilnosti z močjo in tehnološko ravnjo procesorja, pomnilnika in matične plošče. Vzorec tukaj je enak, kot smo že omenili: nezaželeno je, da se ustrezni elementi računalnika zelo razlikujejo glede na zmogljivost. Za grafično kartico so ključni kriteriji količina notranjega pomnilnika in urna frekvenca njegovega glavnega čipa.

Zgodi se, da je modul, ki je odgovoren za obdelavo računalniške grafike, vgrajen v procesor. In to se ne more šteti za znak, da je računalnik zastarel, nasprotno, podobno shemo opazimo na mnogih sodobnih osebnih računalnikih. Ta koncept je najbolj priljubljen med proizvajalci prenosnikov. To je precej logično: blagovne znamke morajo zagotoviti kompaktnost te vrste računalnikov. Grafična kartica je dokaj obsežna strojna komponenta, njena velikost je najpogosteje opazno večja kot procesor ali pomnilniški modul.

Trdi diski

Trdi disk je tudi klasična komponenta računalnika. Spada v kategorijo trajnega skladiščenja. Tipična sodobna računalniška arhitektura. Trdi diski pogosto shranjujejo večino datotek. Ugotovimo lahko, da je ta komponenta med najmanj zahtevnimi posebnostmi matične plošče, procesorja, RAM-a in grafične kartice. Ampak še enkrat, če je za trdi disk značilna nizka zmogljivost, potem obstaja možnost, da bo računalnik deloval počasi, tudi če bodo na njem nameščene druge strojne komponente, povezane z najbolj tehnološko naprednimi.

Glavno merilo za zmogljivost diska je hitrost. Pomembna je tudi količina, vendar je pomen tega parametra odvisen od potreb uporabnika. Če je v računalnik nameščen majhen trdi disk z zelo visokimi RPM, bo računalnik deloval hitreje kot z visoko zmogljivostjo in nizko hitrostjo vrtenja ustreznih elementov naprave.

Matična plošča, procesor, RAM in grafična kartica so notranje komponente računalnika. Trdi disk je lahko notranji in zunanji ter v tem primeru najpogosteje odstranljiv. Glavni analogi trdega diska so pogoni, pomnilniške kartice. V nekaterih primerih ga lahko popolnoma nadomestijo, vendar je priporočljivo, če je to mogoče, računalnik opremiti z vsaj enim trdim diskom.

Koncept računalniške arhitekture odprtega tipa seveda ni omejen na možnost zamenjave in izbire petih navedenih komponent. Obstaja toliko naprav za druge namene, ki so del računalnika. To so DVD in Blue-ray pogoni, zvočne kartice, tiskalniki, skenerji, modemi, omrežne kartice oboževalci. Niz ustreznih komponent lahko vnaprej določi določeno arhitekturo osebnega računalnika. Matična plošča, procesor, RAM, grafična kartica in trdi disk so elementi, brez katerih sodoben računalnik ne more delovati ali pa bo njegovo delovanje zelo težko. Večinoma določajo hitrost dela. Zato bo uporabnik po namestitvi na računalnik tehnoloških in sodobnih komponent ustreznega tipa lahko sestavil zmogljiv in zmogljiv računalnik.

Apple računalniki

Katere druge vrste arhitektur PC-jev obstajajo? Med tistimi, ki so v neposredni konkurenci z arhitekturo IBM-a, precej malo. To so na primer računalniki Apple Macintosh. Seveda so po mnogih kriterijih podobni IBM-ovi arhitekturi - imajo tudi procesor, pomnilnik, grafično kartico, matično ploščo in trde diske.

Vendar pa je za Apple računalnike značilno, da je njihova platforma zaprta. Uporabnik je zelo omejen pri nameščanju komponent na osebni računalnik po lastni presoji. Apple je edina blagovna znamka, ki lahko zakonito proizvaja računalnike v ustrezni arhitekturi. Podobno je Apple edini dobavitelj funkcionalnih operacijskih sistemov, izdelanih pod lastno platformo. Tako se lahko te ali druge vrste arhitekture osebnih računalnikov ne razlikujejo toliko po komponentah strojne opreme računalnika kot pri pristopih proizvajalcev do izdaje ustreznih rešitev. Glede na lastno razvojno strategijo se lahko podjetje osredotoči na odprtost ali bližino platforme.

Torej, glavne značilnosti arhitekture sodobnih osebnih računalnikov na primeru platforme IBM: odsotnost monopolne blagovne znamke proizvajalca računalnikov, odprtosti. In tako v programski opremi kot v strojni opremi. Kar se tiče glavnega konkurenta IBM-ove platforme, Apple, so glavne značilnosti osebnega računalnika ustrezne arhitekture tajnost, kot tudi sprostitev računalnikov z eno samo blagovno znamko.