Комп’ютерна архітектура (computer architecture) – це розроблений Джоном фон Нейманом набір правил і методів опису функцій, які беруть участь в організації роботи комп’ютерних систем. Вперше документальна згадка даного терміна знайдено в листуванні англійського вченого Чарльза Беббіджа з письменницею і математиком Адою Лавлейс в першій половині ХХ століття.
Поняття архітектури персонального комп’ютера (ПК) дає нам уявлення про те, як він влаштований, як різні пристрої взаємодіють один з одним. Вони приєднуються за певною схемою, а її варіації і будуть різновидами архітектурних систем.
Будь-який сучасний персональний комп’ютер або ноутбук – це складний багатофункціональний пристрій, а не просто мультиплатформенна ігрова приставка. Всього можна виділити п’ять рівнів архітектури електронно обчислювальних машин (ЕОМ):
- нульовий рівень;
- перший рівень – мікроархітектура комп’ютера;
- другий – системні команди;
- третій – операційна система;
- четвертий – прикладні та системні програми;
- п’ятий – рівень високого мови.
Основні вузли комп’ютера
Комплекс кількох логічних схем і елементів пам’яті, що створюють вихідні сигнали, є вузлом ПК. Абсолютно всі комп’ютерні програми або гри мають вимоги до основних характеристик для коректної роботи. Всі вузли комп’ютера повинні бути максимально сумісні один з одним. В іншому випадку працювати в програмах буде некомфортно.
До переліку таких вузлів системного блоку зазвичай відносять:
- Процесор – основний елемент всього функціоналу комп’ютера;
- Системна плата, її ще називають «материнської»;
- Блок живлення – необхідний для енергопостачання ПК;
- Жорсткий диск – сховище інформації на ПК або ноутбуці;
- Оптичний привід – пристрій для читання з зовнішніх носіїв, який рідко зустрічається на новітніх системах;
- Роз’єми для пристроїв.
Класична архітектура
Класичну концепцію побудови комп’ютера по готової логічній схемі математик запропонував Нейман у 1945 році. В ході обговорень і в рамках проектування комп’ютера EDVAC було вирішено використовувати пам’ять для зберігання ряду інструкцій і даних. Принципово нова концепція Джона фон Неймана стала загальноприйнятим стандартом і основою не для одного покоління персональних комп’ютерів. Головний її принцип укладено в наявності п’яти важливих компонентів:
- Блоку арифметики і логіки;
- Управлінського пристрою;
- Оперативного блоку;
- Зовнішнього блоку пам’яті;
- Пристрою, призначеного для виведення і введення інформації.
Що таке Mi аккаунт, як його зареєструвати і використовувати
В умовах даної схеми функціонування, повинен простежуватися певний алгоритм. Якщо в пам’ять ПК направляються дані для обробки з якої-небудь програми, то потім вони повинні виводитися за допомогою зовнішнього пристрою. Після, керуючий пристрій має проаналізувати отриману інформацію і відправити на подальше виконання. Можливо, доведеться задіяти інші складові ПК.
Сучасні тенденції розвитку архітектури персонального комп’ютера
У сучасних персональних комп’ютерах архітектура характеризується наявністю контролерів. Їх поява – це підсумок перегляду класичної концепції. Тепер мікропроцесор бере на себе функцію обміну даними з зовнішніми пристроями. Виробники змогли відокремити мікропроцесор від багатофункціонального компонента за допомогою виявлених особливостей інтегральних схем. Так виникли різні канали обміну, в тому числі і периферійні мікросхеми, пізніше їх стали називати контролерами. Сьогодні подібні апаратні компоненти в комп’ютерах навчилися керувати практично будь-яким обладнанням.
Новітні архітектури ПК переважно використовують шини. Ці канали зв’язку забезпечують взаємодію всіх апаратних елементів і зазвичай виглядають як електричне з’єднання з провідниками. В її структуру можуть включатися спеціалізовані модулі, які відповідають за різні функції.
Графічно архітектура сучасного комп’ютера виглядає так:
Архітектура IBM
Такий тип як відкрита архітектура дозволяє вільно підключати будь-яку периферію до комп’ютера. Досягнуто це завдяки використанні інформаційної шини (її обсяг можна дізнатися з характеристик материнської плати). Вона дозволила виробникам периферійного обладнання розробити контролери для будь-яких стандартів.
Управління системою здійснюється безпосередньо процесором. Під його управлінням знаходяться інформаційна шина. Сучасний принцип відкритої архітектури ПК передбачає наявність функціональних і центральних контролерів.
Функціональні контролери забезпечують підключення модему, миші, клавіатури, принтера.
Архітектура IBM надає собою набір інструкції по створенню додатків в хмарі. Еталоном вважається базовий шаблон у той час як реалізація – це певні технології, методи і вибір інструменту для створення і розгортання цього шаблону.
Визначення моделі материнської плати
Багатопроцесорна архітектура
Архітектура за типом МВС (багатопроцесорних обчислювальних систем) включає в себе кілька самостійних ЕОМ, кожна з яких має свій власний набір периферійних пристроїв, оперативну пам’ять, процесор і управляється своєю операційною системою. Розрізняють три види зв’язку між ними: слабку (непряму), пряму і сателлитную.
У побічно пов’язаних системах машини пов’язані тільки зовнішнім запам’ятовуючим пристроєм. При цьому кожна ЕОМ, згідно зі своїми програмами, розміщує інформацію на зовнішнє запам’ятовуючий пристрій, а інша, керуючись власною програмою, отримує її. Така зв’язок використовується для підвищення надійності комплексу шляхом створення резервних обчислювальних машин, які при необхідності візьмуть на себе завдання основної ЕОМ.
Прямосвязанные МВС володіють особливою гнучкістю оскільки можуть зв’язуватися між собою через спільне запам’ятовуючий пристрій, безпосередньо від процесора до процесора і через адаптер. Зв’язок здійснюється на інформаційно-командному рівні, але більш ефективно.
Для сателітних систем властиво спиратися не на спосіб зв’язку, а на принцип взаємодії ЕОМ. Але в теж час структура зв’язку не відрізняється від попередніх.
ЕОМ з кількома процесорами здатні організувати безліч потоків даних і команд, а кілька фрагментів одного завдання виконувати паралельно.
Таким чином створення різних архітектур викликано зростаючими потребами людини – швидкістю, ефективністю і мобільністю.
