Принцип открытой архитектуры

Принцип открытой архитектуры

Под архитектурой компьютера принято понимать его логическую структуру и ресурсы, которые могут быть доступны пользователю. В настоящее время подавляющее большинство компьютеров в нашей стране, да и не только, являются так называемыми IBM-совместимыми компьютерами. Согласно проводимой фирмой идеологии, компьютер не является единым неразъемным устройством, а собирается из независимо изготовленных комплектующих. IBM-совместимые компьютеры построены на принципе открытой архитектуры, позволяющей достаточно легко подключать любые периферийные устройства. Первый компьютер, построенный на этом принципе, был создан фирмой DEC (Digital Equipment Corporation) в начале семидесятых годов прошлого века.

В соответствии с принципом открытой архитектуры все устройства компьютера, независимо от своего предназначения,  подключаются  к общей шине передачи информации. Для подключения разнообразных  устройств используется единый стандарт шины, описание которого является доступным и свободно распространяемым документом. Руководствуясь им, любые фирмы могут заниматься разработкой и производством периферийного оборудования и устройств для их подключения к шинам. Схема компьютера открытой архитектуры с одной общей системной шиной приведена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Архитектура компьютера с одной общей шиной

Управление всем компьютером осуществляется центральным процессором. Он управляет и системной шиной, предоставляя всем другим устройствам время для обмена данными. Запоминающее устройство, предназначенное для  хранения выполняемых команд и обрабатываемых данных, по уровню своих сигналов согласовано с уровнем сигналов системной шины. Все периферийные устройства (дисководы, клавиатуры, манипуляторы типа мыши, принтеры и т.д.) подключаются к шине не непосредственно, а через специальные устройства – контроллеры, поскольку уровни их сигналов отличаются от уровней сигналов шины. Функции контроллера заключаются в согласовании сигналов периферийного устройства с сигналами шины и управлении устройством по командам, поступающим от центрального процессора. Подключение контроллеров к шине осуществляется с помощью специальных устройств, называемых портами ввода-вывода, каждому из которых присвоен уникальный номер. Обращение центрального процессора к порту производится по номеру порта, аналогично обращению к ячейке памяти. Определение, к какому объекту обращается процессор - к порту ввода-вывода контроллера внешнего устройства или же к ячейке па­мяти, осуществляется с помощью передачи сигналов по специальным линиям управления.

Существенный недостаток архитектуры с одной общей шиной связан с разной ско­ростью и объемами обмена данных у различных устройств. Все они подключены к общей шине, поэтому устройства с малой скоростью обмена задерживают работу быстродействующих. Этот недостаток проявился при  повышении производительности внешних устройств и возрастании потоков обмена данными между ними. В целях увеличения производительности компьютера для подключения быстродействующих устройств была введена дополнительная локальная шина.

Контроллеры стандартных устройств конструктивно находятся на одной плате с центральным процессором и запоминающим устройством, называемой системной, или материнской. В случае, если устройство не является стандартным, его контроллер располагается  на отдельной плате, вставляемой в специальные разъемы на материнской плате, называемые слотами расширения.