Рис. 2. Структура 16-разрядного микропроцессора
[ Тематический план ] [Структура 16-разрядного микропроцессора] [ 1 ]
В настоящее время персональные ЭВМ выпускаются миллионными тиражами с большим разнообразием архитектур. Однако наибольшее распространение получили компьютеры, построенные на базе микропроцессоров фирмы Intel либо микропроцессоров с аналогичной архитектурой, выпускаемых другими фирмами. Поэтому вопросы, связанные с организацией современных ЭВМ, будем рассматривать на примере именно этой архитектуры.
Микропроцессоры фирмы Intel в ходе своего развития к настоящему времени прошли ряд этапов, которые с определенным приближением можно характеризовать разрядностью микропроцессора . Первым в мире микропроцессором был выпущенный в 1971 году 4-разрядный микропроцессор Intel 4004 . Следующим шагом стало появление ряда 8-разрядных микропроцессоров , наиболее характерным представителем которых стал нашедший чрезвычайно широкое применение Intel 8080 , архитектурный аналог которого выпускался в нашей стране в составе микропроцессорного комплекта К580 . Разработанный затем 16-разрядный микропроцессор Intel-8086 (отечественный аналог – микропроцессор К1810ВМ80 ) лег в основу первых персональных ЭВМ . Его архитектура, получившая обозначение x86 , стала де факто стандартом на длительный период последующего развития этого направления вычислительной техники. Микропроцессор Intel 286 представлял собой некоторый переходный этап к архитектуре 32-разрядных микропроцессоров IA-32 ( Intel Architеcture-32 ), которая с определенными модификациями развивается, начиная с выпущенного в 1985 году микропроцессора Intel 386 . Появление в 2001 году микропроцессора Itanium ознаменовало начало периода 64-разрядных микропроцессоров .
Целью данного занятия является изучение базовых понятий архитектуры ЭВМ. Поэтому рассмотрим ее на примере компьютера, имеющего в своей основе микропроцессор с архитектурой x86 . В тех вопросах, где это необходимо (аппаратные средства защиты информации, организация виртуальной памяти и т.д.), изложение материала будет базироваться на компьютерах, имеющих в своем составе микропроцессоры с архитектурой IA-32 .
Персональная ЭВМ типа IBM PC ( рис. 1) включает в себя микропроцессор ( МП ), оперативную память и устройства ввода-вывода (УВВ), объединенные между собой системной шиной.
Микропроцессор предназначен для выполнения собственно арифметических и логических операций и управления взаимодействием блоков компьютера. Оперативная память хранит операнды и программу во время ее выполнения. Устройства ввода-вывода обеспечивают обмен информацией между ядром компьютера ( МП и ОП ) и средствами ввода и отображения данных. Сюда относятся мониторы, печатающие устройства, графопостроители, жесткие и гибкие магнитные диски и так далее.
Компьютер строится по магистрально-модульному принципу, при котором все блоки компьютера связываются между собой системной шиной, предназначенной для обмена данными, адресной и управляющей информацией между составными частями ЭВМ. Как правило, при такой организации в любой момент может быть установлена связь только между двумя модулями ЭВМ. Системная шина определяет общий порядок обмена между любыми блоками компьютера, а также максимальное количество используемых устройств ввода-вывода. Она включает в себя шину адреса ( ША ), шину данных ( ШД ) и шину управления ( ШУ ), содержащую набор линий, по которым передаются управляющие сигналы между блоками компьютера. Специфика каждого конкретного блока учитывается особыми управляющими устройствами – контроллерами, входящими в состав этих блоков, например, работой жесткого диска управляет контроллер жесткого диска, используя информацию, поступающую к нему от микропроцессора по системной магистрали.
Структура 16-разрядного микропроцессора I8086 представлена на рис. 2.
Рис. 2. Структура 16-разрядного микропроцессора