Класическа компютърна архитектура. Основните характеристики на архитектурата на съвременните компютри

Въпреки факта, че съвременните модели на компютри са представени на пазара от широка гама от марки, те се събират в малък брой архитектури. Каква е причината? Каква е специфичната архитектура на съвременните компютри? Какви софтуерни и хардуерни компоненти го формират?

Определение на архитектурата

Какво представлява архитектурата на компютъра? С този доста широк термин е обичайно да се разбират множеството от логически принципи на сглобяване на компютърна система, както и отличителните черти на въведените в нея технологични решения. PC архитектурата може да бъде инструмент за стандартизация. Това означава, че компютрите в него могат да бъдат сглобени съгласно установените схеми и технологични подходи. Комбинирането на определени концепции в една архитектура улеснява популяризирането на PC модел на пазара, позволява създаването на програми, разработени от различни марки, но гарантира, че са подходящи за него. Унифицираната компютърна архитектура позволява на производителите на компютри да си сътрудничат активно, за да подобрят някои компоненти на компютърната технология.

Под термина може да се разбира набор от подходи за сглобяване на компютри или отделни негови компоненти, възприети на ниво конкретна марка. В този смисъл архитектурата, разработена от производителя, е негова интелектуална собственост и се използва само от нея, може да действа като конкурентно средство на пазара. Но дори и в този случай решенията от различни марки понякога могат да бъдат класифицирани в общата концепция, съчетавайки ключовите критерии, които характеризират компютрите на различни модели.

Терминът "информатика на компютърната архитектура" като клон на познанието може да бъде разбран по различни начини. Първата версия на тълкуването включва тълкуването на разглежданото понятие като стандартизиращ критерий. В съответствие с друго тълкуване, архитектурата е по-скоро категория, която позволява на един производител да стане конкурентен с други.

Най-интересният аспект е как историята и архитектурата на компютъра корелират. По-специално, това е появата на класическото логическо проектиране на компютри. Разгледайте характеристиките му.

Класическа компютърна архитектура

Ключовите принципи, според които дизайнът на персоналните компютри трябваше да следва определена логическа схема, беше предложен от Джон фон Нойман, изтъкнат математик. Неговите идеи бяха реализирани от производителите на персонални компютри от първите две поколения. Концепцията, разработена от Джон фон Нойман, е класическата компютърна архитектура. Какви са неговите характеристики? Предполага се, че компютърът трябва да се състои от следните основни компоненти:

- аритметичен и логически блок;

- контролни устройства;

- блок от външна памет;

- блок RAM;

- устройства, предназначени за въвеждане и извеждане на информация.

В рамките на тази схема взаимодействието на технологичните компоненти трябва да се реализира в определена последователност. Така, първо, данните от компютърна програма, които могат да бъдат въведени с външно устройство, попадат в паметта на компютъра. След това управляващото устройство чете информация от паметта на компютъра и след това го изпраща на изпълнение. В този процес, ако е необходимо, използвайте останалите компоненти на компютъра.

Архитектурата на съвременните компютри

Помислете какви са основните характеристики на архитектурата на съвременните компютри. Тя е малко по-различна от концепцията, която изучавахме по-горе, но в много отношения продължава това. Ключовата характеристика на най-новото поколение компютри е аритметичната, логическата единица и факта, че контролните устройства са комбинирани в един технологичен компонент - процесорът. В много отношения това стана възможно благодарение на появата на чипове и по-нататъшното им усъвършенстване, което направи възможно поставянето на широк набор от функции в относително малка част от компютъра.

Архитектурата на съвременния компютър се характеризира и с наличието на контролери. Те се появиха в резултат на преразглеждането на концепцията, в която процесорът трябваше да изпълнява функцията за обмен на данни с външни устройства. Поради възможностите на интегрираните схеми, които се появяват, производителите на компютри решават да отделят съответния функционален компонент от процесора. Така имаше различни канали за обмен, както и периферни чипове, които след това започнаха да се наричат ​​контролери. Подходящите хардуерни компоненти на съвременните компютри могат например да контролират работата на дисковете.

Устройството и компютърната архитектура на модерен дизайн включват използването на автобуса. Основната му цел е да осигурява комуникации между различни хардуерни елементи на компютъра. Нейната структура може да приеме наличието на специализирани модули, които отговарят за определена функция.

IBM архитектура

IBM разработи компютърна архитектура, която всъщност се превърна в един от световните стандарти. Отличителната му характеристика е откритостта. Това означава, че компютърът в него престава да бъде завършен продукт от марката. IBM не е монополист на пазара, въпреки че е един от неговите пионери в разработването на подходяща архитектура.

Потребител или компания, които сглобяват компютри на IBM платформа, могат самостоятелно да определят кои компоненти ще бъдат включени в компютърната структура. Възможно е също така да се замени един или друг електронен компонент с по-усъвършенстван. Бързото развитие на компютърните технологии позволи прилагането на принципа на отворена архитектура на персоналния компютър.

Софтуерни функции за IBM Архитектурни компютри

Важен критерий за възлагане на компютър на IBM платформата е неговата съвместимост с различни операционни системи. И това също проследява отвореността на този тип архитектура. Компютри, свързани с платформата на IBM, могат да се управляват от Windows, Linux в голям брой модификации, както и от други операционни системи, които са съвместими с хардуерните компоненти на компютъра на разглежданата архитектура. Освен софтуер от големи марки, на IBM платформата могат да бъдат инсталирани различни авторски софтуерни продукти, чието пускане и инсталиране обикновено не изисква координация с производителите на хардуер.

Сред софтуерните компоненти, които са в почти всеки компютър на IBM платформата, основната входно-изходна система, наричана още BIOS. Той е предназначен да осигури изпълнението на основните хардуерни функции на компютъра, независимо от вида на инсталираната операционна система. И това е още един, всъщност, знак за отвореността на въпросната архитектура: производителите на BIOS са толерантни към производителите на ОС и всеки друг софтуер. Всъщност фактът, че BIOS може да се произвежда от различни марки, също е критерий за откритост. Функционално BIOS системите от различни разработчици са близки.

Ако компютърът не е инсталиран на BIOS, неговата работа е почти невъзможна. Няма значение дали операционната система е инсталирана на компютъра - необходимо е да се осигури взаимодействие между хардуерните компоненти на компютъра и то може да се осъществи само с помощта на BIOS. Преинсталирането на BIOS на компютър изисква специални софтуерни и хардуерни инструменти, за разлика от инсталирането на операционна система или друг вид софтуер, работещ в него. Тази функция на BIOS се определя от факта, че тя трябва да бъде защитена от компютърни вируси.

Използвайки BIOS, потребителят може да контролира хардуерните компоненти на компютъра, излагайки определени настройки. Това е и един от аспектите на отвореността на платформата. В някои случаи работата с подходящите настройки ви позволява да осигурите забележимо ускорение на компютъра, по-стабилна работа на отделните му хардуерни компоненти.

BIOS на много компютри е допълнен с UEFI shell, както смятат много ИТ специалисти, това е доста полезно и функционално софтуерно решение. Но основното предназначение на UEFI не е коренно различно от това, което е типично за BIOS. Всъщност, това е една и съща система, но интерфейсът в него е малко по-близо до това, което е типично за операционната система на компютъра.

Най-важният тип софтуер за компютри е драйверът. Необходимо е хардуерният компонент, инсталиран на компютъра, да функционира правилно. Драйвери обикновено се произвеждат от производители на компютърни устройства. Подходящият тип софтуер, който е съвместим с една операционна система, например Windows, обикновено не е подходящ за други операционни системи. Следователно, потребителят често трябва да избира драйвери, които са съвместими със специфични видове компютърен софтуер. В този смисъл платформата на IBM не е достатъчно стандартизирана. Може да се случи, че устройство, което работи перфектно под Windows OS, няма да може да работи под Linux поради факта, че потребителят не може да намери необходимия драйвер, или поради факта, че производителят на хардуерния компонент просто не е имал време да пусне правилния вид софтуер.

Важно е решението да бъде включено в компютърната структура е съвместимо не само със специфичната архитектура, но и с други технологични елементи на компютъра. Какви компоненти могат да се променят в съвременните компютри? Сред ключовите: дънна платка, процесор, RAM, видео карта, твърди дискове. Нека разгледаме по-подробно спецификата на всеки от компонентите, от какво зависи тяхната съвместимост с други хардуерни елементи, и също така да разберем как принципът на отворена архитектура на компютъра може да се приложи най-правилно на практика.

дънна платка

Един от ключовите компоненти на съвременния компютър е дънната платка или системната платка. В нея са разположени контролери, автобуси, мостове и други елементи, които позволяват комбинирането на различни хардуерни компоненти. Благодарение на него всъщност се реализира съвременната компютърна архитектура. Дънната платка ви позволява ефективно да разпределяте функциите на компютъра си на различни устройства. Този компонент поставя върху себе си по-голямата част от останалите, а именно процесора, видеокартата, RAM, твърдите дискове и т.н. Важно е съответните елементи да не бъдат повредени.

Смяната на дънната платка или избора на правилния модел в процеса на сглобяване на PC, трябва да се уверите, че новият му модел ще бъде съвместим с други хардуерни компоненти. Така че, има дънни платки, които поддържат Intel процесори, но има и такива, на които можете да инсталирате само AMD чипове. Много е важно да се уверите, че новата платка поддържа съществуващите модули на паметта. Що се отнася до видеокартата и твърдите дискове, обикновено няма проблеми поради достатъчно високо ниво на стандартизация на съответните пазари. Но е нежелателно, че новата дънна платка и тези компоненти се различават твърде много от гледна точка на технологичност. В противен случай по-малко продуктивният елемент ще забави цялата система.

процесор

Основният чип на съвременния компютър е процесор. Отворената архитектура на компютъра позволява, по преценка на потребителя, да инсталира на компютъра по-мощен, продуктивен, технологичен процесор. Тази възможност обаче може да предполага редица ограничения. Така че е невъзможно да се замени процесор Intel с AMD, без да се замества друг компонент - дънната платка. Също така е проблематично да се инсталира един чип вместо друг от същата марка, но който принадлежи към различен тип технологична линия.

Инсталирайки по-мощен процесор на компютъра, трябва да се уверите, че RAM, твърдите дискове и видеокартата не са далеч зад него технологично. В противен случай, както вече отбелязахме по-горе, подмяната на чипа може да не доведе до очаквания резултат - компютърът няма да работи по-бързо. Основните показатели за изпълнение на процесора са тактова честота, брой на ядрата, размерът на кеш паметта. Колкото по-големи са, толкова по-бързо работи чипът.

оперативна памет

Този компонент също влияе директно върху работата на компютъра. Основните функции на RAM като цяло са същите като тези, които са характерни за компютри поколения. В този смисъл RAM е класически хардуерен компонент. Това обаче подчертава неговата важност: досега производителите на персонални компютри не са измислили достойни алтернативи.

Основният критерий за изпълнение на паметта е неговият обем. Колкото повече е, толкова по-бързо работи компютърът. Също така, PC модулите имат тактова честота, точно като процесор. Колкото е по-висока, толкова по-продуктивен е компютърът. Замяната на RAM трябва да се извърши, като се уверите, че новите модули са съвместими с дънната платка.

Видеокарта

Принципите на компютърната архитектура на първата серия не предполагат отделяне на видеокартата в отделен компонент. Това означава, че това хардуерно решение е и един от критериите за класифициране на компютъра към съвременните поколения. Видеокартата е отговорна за обработката на компютърната графика - един от най-сложните типове данни изискващи ИС с висока производителност.

Този хардуерен компонент трябва да се замени, като се съпоставят основните му характеристики с мощността и технологичното ниво на процесора, паметта и дънната платка. Моделът тук е същият, както отбелязахме по-горе: не е желателно съответните елементи на компютъра да се различават значително по отношение на производителността. За видеокарта ключови критерии са количеството вътрешна памет, както и тактовата честота на основния му чип.

Случва се, че модулът, отговорен за обработката на компютърната графика, е вграден в процесора. И това не може да се счита за знак, че компютърът е остарял, напротив, подобна схема се наблюдава на много съвременни компютри. Тази концепция е най-популярна сред производителите на преносими компютри. Това е съвсем логично: марките трябва да осигурят компактността на този тип компютри. Видеокартата е доста обемен хардуерен компонент, чийто размер най-често е значително по-голям от процесора или модула памет.

Твърди дискове

Твърдият диск също е класически компонент на компютъра. Той принадлежи към категорията на постоянното съхранение. Типична за модерната компютърна архитектура. Твърдите дискове често съхраняват по-голямата част от файловете. Може да се отбележи, че този компонент е сред най-малко взискателните към спецификата на дънната платка, процесора, RAM и видеокартата. Но отново, ако твърдият диск се характеризира с ниска производителност, тогава има вероятност компютърът да работи бавно, дори ако на него бъдат инсталирани други хардуерни компоненти, свързани с най-технологично напредналите.

Основният критерий за производителността на диска е скоростта. Обемът също е важен, но значението на този параметър зависи от нуждите на потребителя. Ако на компютъра е инсталиран малък твърд диск с много висока RPM, компютърът ще работи по-бързо, отколкото с висок капацитет и ниска скорост на въртене на съответните елементи на устройството.

Дънната платка, процесорът, RAM и видеокартата са вътрешните компоненти на компютъра. Твърдият диск може да бъде както вътрешен, така и външен, а в този случай най-често сменяем. Основните аналози на твърдия диск са флаш памети, карти с памет. В някои случаи те могат напълно да го заменят, но винаги, когато е възможно, се препоръчва компютърът да бъде оборудван с поне един твърд диск.

Разбира се, концепцията за отворена компютърна архитектура не се ограничава до възможността за подмяна и избор на посочените пет компонента. Има толкова много устройства за други цели, които са част от компютъра. Това са DVD и Blue-ray устройства, звукови карти, принтери, скенери, модеми, мрежови карти вентилатори. Набор от подходящи компоненти може да предопредели конкретна брандирана архитектура на компютъра. Дънната платка, процесорът, оперативната памет, видеокартата и твърдият диск са елементи, без които съвременният компютър не може да работи или работата му ще бъде изключително трудна. Те главно определят скоростта на работа. И следователно, след като са инсталирали на компютъра технологични и модерни компоненти на съответния тип, потребителят ще може да сглоби високопроизводителен и мощен компютър.

Компютри Apple

Какви други видове PC архитектури има? Сред онези, които са в пряка конкуренция с архитектурата на IBM, доста малко. Например, това са Macintosh компютри на Apple. Разбира се, по много критерии те са подобни на IBM архитектурата - те също имат процесор, памет, видео карта, дънна платка и твърди дискове.

Въпреки това, Apple компютрите се характеризират с факта, че тяхната платформа е затворена. Потребителят е много ограничен в инсталирането на компоненти на компютър по свое усмотрение. Apple е единствената марка, която може законно да произвежда компютри в подходяща архитектура. По същия начин Apple е единственият доставчик на функционални операционни системи, произведен под собствената си платформа. По този начин тези или други видове архитектура на персоналния компютър могат да се различават не толкова от хардуерните компоненти на компютъра, колкото от подходите на производителите до освобождаването на съответните решения. В зависимост от собствената си стратегия за развитие, компанията може да се фокусира върху откритостта или близостта на платформата.

И така, основните характеристики на архитектурата на съвременните компютри на примера на платформата на IBM: липсата на монополна марка-производител на компютри, отвореност И както в софтуера, така и в хардуера. Що се отнася до основния конкурент на IBM платформата, Apple, основните характеристики на компютъра на съответната архитектура са секретността, както и освобождаването на компютри от една марка.