Введение

Структура компьютера

PC-совместимые компьютеры, как и большинство других, построены по классической схеме фон-неймановской машины образца 1945 года. Согласно этой схеме, компьютер состоит из центрального процессора (ЦП, CPU), памяти и устройств ввода/вывода. Процессор исполняет программы, находящиеся в памяти; память предназначена для хранения программ и данных, доступных процессору; устройства ввода/вывода (УВВ) предназначены для связи с внешним миром. Время внесло небольшие коррективы в названия этих «трех китов», и сейчас то, что попадало под название УВВ, называют периферийными устройствами. Процессор (один или несколько), память и необходимые элементы, связывающие их между собой и другими устройствами, называют центральной частью или ядром компьютера (или просто центром).

Периферийные устройства (ПУ) — это все программно-доступные компоненты компьютера, не попавшие в его центральную часть. Их можно разделить по назначению на несколько классов: 

  • устройства хранения данных (устройства внешней памяти) — дисковые (магнитные, оптические, магнитооптические), ленточные (стримеры), твердотельные (карты, модули и устройства USB на флэш-памяти). Эти устройства используются для сохранения информации из памяти на энергонезависимые носители и загрузки этой информации в оперативную память. В каком виде хранится информация на этих устройствах, нам не так уж важно (главное — правильно считать то, что сохранили);
  • устройства ввода/вывода, служащие для преобразования информации из внутреннего представления компьютера (биты и байты) в форму, понятную окружающим, и обратно. Сюда относятся дисплеи (устройства отображения, то есть вывода), клавиатура и мышь (устройства ввода), принтеры и сканеры, плоттеры и дигитайзеры, джойстики, акустические системы и микрофоны, телевизоры и видеокамеры, устройства телеуправления и телеметрии. Любопытно, что в этих парах обычно лидируют устройства вывода, появляющиеся в компьютерах раньше соответствующих устройств ввода. Под окружающими подразумевается и человек (и другие биологические объекты), и различные технические устройства (компьютер можно приспособить для управления любым оборудованием, были бы датчики и исполнительные устройства). В какую форму эти устройства преобразуют двоичную информацию — определяется их назначением;
  • коммуникационные устройства, служащие для передачи информации между компьютерами и (или) их частями. Сюда относятся модемы (проводные, радио, оптические, инфракрасные…), адаптеры локальных и глобальных сетей. Здесь преобразование формы представления информации нужно только для передачи ее на расстояние.

Главным действием в компьютере является исполнение программного кода центральным процессором, и ЦП должен иметь возможность взаимодействия с ПУ.

Для обращения к периферийным устройствам в процессорах x86, применяемых в PC-совместимых компьютерах, специально выделено пространство ввода/вывода (I/O Space), отдельное от памяти. Размер пространства адресов ввода/вывода 64 Кбайт; в этой области могут располагаться регистры периферийных устройств разрядностью 1, 2 или 4 байт, и для обращения к ним имеется несколько специальных инструкций процессора (IN, OUT, INS и OUTS). Регистры ПУ могут отображаться и в пространстве памяти — областях, свободных от оперативной и постоянной памяти. Заметим, что обособление пространства ввода/вывода используется далеко не во всех архитектурах процессоров. В любом случае разные регистры разных устройств не должны пересекаться по адресам в своих пространствах — в этом состоит требование бесконфликтного распределения ресурсов по адресам.

В плане взаимодействия с остальными компонентами компьютера процессор ничего не умеет, кроме как обращаться к ячейке (читать или писать байт, слово, двойное слово) пространства памяти или пространства ввода/вывода, а также реагировать на аппаратные прерывания. Таким образом, любое периферийное устройство должно представляться процессору набором регистров (ячеек) и, возможно, служить источником прерываний.

 



Sitelinkx by eXtro-media.de
Яндекс.Метрика