Klasična arhitektura računala. Glavne značajke arhitekture modernih računala

Unatoč činjenici da su suvremeni modeli računala na tržištu zastupljeni sa širokim rasponom brandova, oni se prikupljaju u malom broju arhitektura. Koji je razlog? Koja je specifična arhitektura modernih računala? Koje ga softverske i hardverske komponente čine?

Definicija arhitekture

Što je arhitektura računala? Ovim prilično širokim pojmom uobičajeno je razumjeti skup logičkih principa sastavljanja računalnog sustava, kao i posebnosti tehnoloških rješenja koja se u nju unose. Arhitektura računala može biti alat za standardizaciju. Naime, računala unutar nje mogu se sastavljati prema utvrđenim shemama i tehnološkim pristupima. Kombiniranje određenih koncepata u jednu arhitekturu olakšava promidžbu PC modela na tržištu, omogućuje stvaranje programa koje su razvili različiti brandovi, ali je zajamčeno prikladno za njega. Unificirana arhitektura računala također omogućuje proizvođačima računala da aktivno surađuju kako bi poboljšali određene komponente računalne tehnologije.

Pod pojmom se može shvatiti skup pristupa sastavljanju računala ili njegovih pojedinačnih komponenti, usvojenih na razini određenog branda. U tom smislu, arhitektura, koju je razvio proizvođač, njezino je intelektualno vlasništvo i koristi ju samo ona, može djelovati kao konkurentno sredstvo na tržištu. Ali čak iu ovom slučaju odluke različitih brandova ponekad se mogu svrstati pod opći koncept, kombinirajući ključne kriterije koji karakteriziraju računala različitih modela.

Pojam informatike "arhitektura računala" kao grane znanja može se razumjeti na različite načine. Prva verzija interpretacije uključuje tumačenje koncepta koji se razmatra kao kriterij standardizacije. U skladu s drugim tumačenjem, arhitektura je više kategorija koja omogućuje jednom proizvođačkom brendu da postane konkurentna drugima.

Najzanimljiviji aspekt je povezanost povijesti i arhitekture računala. Konkretno, to je pojava klasičnog dizajna logičkih sklopova računala. Razmotrite njegove značajke.

Klasična arhitektura računala

Ključna načela, prema kojima je dizajn računala trebao slijediti određenu logičku shemu, predložio je John von Neumann, ugledni matematičar. Njegove ideje implementirali su proizvođači računala iz prve dvije generacije. Koncept koji je razvio John von Neumann je klasična arhitektura računala. Koje su njegove značajke? Pretpostavlja se da računalo treba sadržavati sljedeće glavne komponente:

- aritmetički i logički blok;

- upravljačke uređaje;

- blok vanjske memorije;

- blok RAM-a;

- uređaji namijenjeni za unos i izlaz informacija.

Unutar ove sheme, interakcija tehnoloških komponenti treba biti implementirana u određenom nizu. Tako, prvo, podaci iz računalnog programa, koji se mogu unijeti pomoću vanjskog uređaja, ulaze u memoriju računala. Zatim upravljački uređaj čita informacije iz memorije računala, a zatim ih šalje izvršenju. U tom procesu, ako je potrebno, upotrijebite preostale komponente računala.

Arhitektura modernih računala

Razmotrite koje su glavne značajke arhitekture modernih računala. To se donekle razlikuje od koncepta koji smo proučavali gore, ali ga na mnogo načina nastavlja. Ključno obilježje najnovije generacije računala je aritmetička, logička jedinica i činjenica da su kontrolni uređaji spojeni u jednu tehnološku komponentu - procesor. U mnogim aspektima, to je bilo moguće zahvaljujući izgledu čipova i njihovom daljnjem poboljšanju, što je omogućilo uklapanje širokog raspona funkcija u relativno mali dio računala.

Arhitekturu suvremenog osobnog računala karakterizira i prisutnost kontrolera. Pojavili su se kao rezultat revizije koncepta u kojem je procesor trebao obavljati funkciju razmjene podataka s vanjskim uređajima. Zbog mogućnosti integriranih krugova koji su se pojavili, proizvođači računala odlučili su odvojiti odgovarajuću funkcionalnu komponentu od procesora. Tako su postojali različiti kanali razmjene, kao i periferni čipovi, koji su se tada počeli nazivati ​​kontrolorima. Odgovarajuće hardverske komponente na modernim računalima mogu, na primjer, kontrolirati rad diskova.

Arhitektura modernog dizajna uređaja i računala uključuje korištenje sabirnice. Njegova glavna svrha je osigurati komunikaciju između različitih hardverskih elemenata računala. Njegova struktura može pretpostaviti postojanje specijaliziranih modula koji su odgovorni za određenu funkciju.

IBM arhitektura

IBM je razvio arhitekturu računala, koja je zapravo postala jedan od svjetskih standarda. Njegova posebnost je otvorenost. To jest, računalo unutar njega prestaje biti gotov proizvod iz branda. IBM nije monopolist tržišta, iako je jedan od njegovih pionira u razvoju odgovarajuće arhitekture.

Korisnik ili tvrtka koja sastavlja računala na IBM platformi može samostalno odrediti koje će komponente biti uključene u strukturu računala. Također je moguće zamijeniti jednu ili drugu elektroničku komponentu naprednijom. Brz razvoj računalne tehnologije omogućio je primjenu načela arhitekture otvorenog računala.

Softverske značajke za IBM arhitekturu Računala

Važan kriterij za dodjeljivanje računala IBM platformi je njezina kompatibilnost s različitim operativnim sustavima. I to također prati otvorenost ove vrste arhitekture. Računala vezana uz IBM platformu mogu se upravljati pomoću Windowsa, Linuxa u velikom broju modifikacija, kao i drugih operativnih sustava koji su kompatibilni s hardverskim komponentama osobnog računala arhitekture koja se razmatra. Osim softvera velikih robnih marki, na IBM platformu se mogu instalirati razni softverski proizvodi za autorizaciju, čije izdavanje i instalacija obično ne zahtijevaju koordinaciju s proizvođačima hardvera.

Među softverskim komponentama koje se nalaze na gotovo svakom računalu na IBM platformi, osnovni ulazni i izlazni sustav, također nazvan BIOS. Osmišljen je kako bi osigurao implementaciju osnovnih hardverskih funkcija računala, bez obzira na vrstu operacijskog sustava koji je na njemu instaliran. A to je još jedan, zapravo, znak otvorenosti dotične arhitekture: proizvođači BIOS-a toleriraju proizvođače OS-a i bilo koji drugi softver. Zapravo, činjenica da BIOS mogu proizvesti različiti brandovi također je kriterij otvorenosti. Funkcionalno, BIOS sustavi različitih programera su bliski.

Ako na računalu nema instaliranog BIOS-a, njegovo je funkcioniranje gotovo nemoguće. Nije bitno da li je operativni sustav instaliran na PC - potrebno je osigurati interakciju između hardverskih komponenti računala, a može se implementirati samo pomoću BIOS-a. Ponovno instaliranje BIOS-a na računalo zahtijeva posebne softverske i hardverske alate, za razliku od instaliranja OS-a ili druge vrste softvera koji se izvodi u njemu. Ova značajka BIOS-a određena je činjenicom da mora biti zaštićena od računalnih virusa.

Koristeći BIOS, korisnik može kontrolirati hardverske komponente računala, otkrivajući određene postavke. I to je također jedan od aspekata otvorenosti platforme. U nekim slučajevima, rad s odgovarajućim postavkama omogućuje vam da osigurate primjetno ubrzanje računala, stabilniji rad njegovih pojedinačnih hardverskih komponenti.

BIOS u mnogim računalima nadopunjen je UEFI ljuskom, kao što mnogi IT stručnjaci vjeruju, to je prilično korisno i funkcionalno softversko rješenje. Ali osnovna namjena UEFI-ja nije bitno drugačija od onoga što je tipično za BIOS. Zapravo, to je isti sustav, ali sučelje u njemu je nešto bliže onome što je tipično za operacijski sustav računala.

Najvažnija vrsta softvera za računala je upravljački program. Potrebno je da hardverska komponenta instalirana na računalu ispravno funkcionira. Upravljačke programe obično proizvode proizvođači računalnih uređaja. Međutim, odgovarajući tip softvera koji je kompatibilan s jednim operativnim sustavom, kao što je Windows, obično nije prikladan za druge operacijske sustave. Stoga korisnik često mora odabrati upravljačke programe koji su kompatibilni s određenim vrstama računalnog softvera. U tom smislu, IBM platforma nije dovoljno standardizirana. Može se dogoditi da uređaj koji savršeno radi pod Windows OS-om neće moći raditi pod Linuxom zbog činjenice da korisnik ne može pronaći potreban upravljački program ili zato što proizvođač hardverske komponente jednostavno nije imao vremena objaviti pravu vrstu softvera.

Važno je da rješenje koje će biti uključeno u računalnu strukturu bude kompatibilno ne samo sa specifičnom arhitekturom, već is drugim tehnološkim elementima računala. Koje se komponente mogu mijenjati u modernim računalima? Među ključnim: matična ploča, procesor, RAM, grafička kartica, tvrdi diskovi. Razmotrimo detaljnije pojedinosti svake od komponenti, odredimo o čemu ovisi njihova kompatibilnost s ostalim hardverskim elementima, te također otkrijemo kako se načelo otvorene arhitekture računala može najjednostavnije implementirati u praksi.

matična ploča

Jedna od ključnih komponenti modernog računala je matična ploča ili matična ploča. U njemu se nalaze kontroleri, autobusi, mostovi i drugi elementi koji omogućuju kombiniranje različitih hardverskih komponenti. Zahvaljujući tome, zapravo je implementirana moderna arhitektura računala. Matična ploča omogućuje učinkovito distribuiranje funkcija računala na različitim uređajima. Ova komponenta stavlja na sebe većinu ostalih, a to su procesor, grafička kartica, RAM, tvrdi diskovi, itd. BIOS, najvažnija softverska komponenta osobnog računala, u većini je slučajeva napisana u jednom od čipova na matičnoj ploči. Važno je da odgovarajući elementi nisu oštećeni.

Zamjenom matične ploče ili odabirom pravog modela u procesu montaže računala, morate biti sigurni da će novi model biti kompatibilan s drugim hardverskim komponentama. Dakle, postoje matične ploče koje podržavaju Intelove procesore, ali postoje i one na kojima možete instalirati samo AMD čipove. Vrlo je važno osigurati da nova ploča podržava postojeće memorijske module. Što se tiče grafičkih kartica i tvrdih diskova, obično nema problema zbog dovoljno visoke razine standardizacije na pojedinim tržištima. No, nepoželjno je da se nova matična ploča i ove komponente previše razlikuju u smislu proizvodnosti. Inače će manje produktivni element usporiti cijeli sustav.

procesor

Glavni čip modernog računala je procesor. Otvorena arhitektura računala omogućuje korisniku, po vlastitom nahođenju, da na računalo instalira snažniji, produktivniji, tehnološki procesor. Međutim, ta mogućnost može podrazumijevati niz ograničenja. Dakle, općenito je nemoguće zamijeniti Intelov procesor s AMD-om bez zamjene druge komponente - matične ploče. Također je problematično instalirati jedan čip umjesto drugog iste marke, ali koji pripada drugoj vrsti tehnološke linije.

Instaliranje snažnijeg procesora na računalu, morate se pobrinuti da RAM, tvrdi diskovi i grafička kartica nisu daleko iza njega tehnološki. Inače, kao što smo već spomenuli, zamjena čipa možda neće donijeti očekivani rezultat - računalo neće raditi brže. Glavni pokazatelji performansi procesora su taktna frekvencija, broj jezgri, veličina cache memorije. Što su veći, brži je čip.

ram memorija

Ova komponenta također izravno utječe na performanse računala. Glavne funkcije RAM-a općenito su iste kao i za tipične računala generacije. U tom smislu, RAM je klasična hardverska komponenta. Međutim, to naglašava njegovu važnost: do sada proizvođači računala nisu došli do vrijedne alternative.

Glavni kriterij za uspješnost memorije je njegov volumen. Što je više, to brže računalo radi. Također, PC moduli imaju taktnu frekvenciju, baš kao i procesor. Što je više, to je računalo produktivnije. Zamjena RAM-a trebala bi se provesti, pazeći da su novi moduli kompatibilni s matičnom pločom.

Video kartica

Principi PC arhitekture prve serije nisu podrazumijevali odvajanje grafičke kartice u zasebnu komponentu. To jest, ovo hardversko rješenje je također jedan od kriterija za klasificiranje računala suvremenim generacijama. Grafička kartica odgovorna je za obradu računalne grafike - jednu od najsloženijih vrste podataka koje zahtijevaju visoke performanse IC-ova.

Ova hardverska komponenta trebala bi se zamijeniti koreliranjem njezinih glavnih značajki s snagom i tehnološkom razinom procesora, memorije i matične ploče. Uzorak ovdje je isti kao što smo već spomenuli: nepoželjno je da se odgovarajući elementi računala uvelike razlikuju u smislu izvedbe. Za grafičku karticu ključni kriterij je količina interne memorije, kao i frekvencija takta glavnog čipa.

Događa se da je modul koji je odgovoran za obradu računalne grafike ugrađen u procesor. A to se ne može smatrati znakom da je računalo zastarjelo, naprotiv, sličnu shemu primjećujemo na mnogim modernim računalima. Ovaj koncept je najpopularniji među proizvođačima prijenosnih računala. To je sasvim logično: robne marke trebaju osigurati kompaktnost ovog tipa računala. Video kartica je prilično obimna hardverska komponenta, čija je veličina najčešće znatno veća od procesora ili memorijskog modula.

Tvrdi diskovi

Tvrdi disk je također klasična komponenta računala. Pripada kategoriji trajnog skladištenja. Tipično za modernu arhitekturu računala. Tvrdi diskovi često pohranjuju većinu datoteka. Može se primijetiti da je ova komponenta jedna od najmanje zahtjevnih specifičnosti matične ploče, procesora, RAM-a i grafičke kartice. Ali opet, ako se tvrdi disk odlikuje niskim performansama, postoji mogućnost da će računalo raditi sporo, čak i ako se na njemu instaliraju druge hardverske komponente vezane uz tehnološki najnaprednije.

Glavni kriterij za performanse diska je brzina. Volumen je također važan, ali značaj ovog parametra ovisi o potrebama korisnika. Ako se na računalo instalira mali tvrdi disk s vrlo visokim brojem okretaja u minuti, računalo će raditi brže nego s velikim kapacitetom i malom brzinom rotacije odgovarajućih elemenata uređaja.

Matična ploča, procesor, RAM i grafička kartica su unutarnje komponente računala. Tvrdi disk može biti i unutarnji i vanjski, au ovom slučaju najčešće se može ukloniti. Glavni analozi tvrdog diska su flash diskovi, memorijske kartice. U nekim slučajevima mogu ga u potpunosti zamijeniti, ali kad god je to moguće, preporuča se da računalo opremite barem jednim tvrdim diskom.

Koncept arhitekture osobnih računala otvorenog tipa, naravno, nije ograničen na mogućnost zamjene i odabira pet navedenih komponenti. Postoji toliko mnogo uređaja za druge svrhe, koji su dio računala. To su DVD i Blue-ray pogoni, zvučne kartice, pisači, skeneri, modemi, mrežne kartice obožavatelji. Skup relevantnih komponenti može unaprijed odrediti određenu brandiranu arhitekturu računala. Matična ploča, procesor, RAM, grafička kartica i tvrdi disk su elementi bez kojih moderno računalo ne može raditi ili će njegovo funkcioniranje biti izuzetno teško. Oni uglavnom određuju brzinu rada. Stoga, nakon instalacije na računalo tehnoloških i modernih komponenti odgovarajućeg tipa, korisnik će moći sastaviti visokoučinkovito i moćno računalo.

Apple računala

Koje druge vrste PC arhitektura postoje? Među onima koji su u izravnoj konkurenciji s arhitekturom IBM-a, dosta je malo. Na primjer, to su Appleova Macintosh računala. Naravno, po mnogim kriterijima oni su slični IBM arhitekturi - oni također imaju procesor, memoriju, grafičku karticu, matičnu ploču i tvrde diskove.

Međutim, Apple računala karakterizira činjenica da je njihova platforma zatvorena. Korisnik je vrlo ograničen u instaliranju komponenti na osobno računalo. Apple je jedini brand koji može legalno proizvoditi računala u odgovarajućoj arhitekturi. Slično tome, Apple je jedini dobavljač funkcionalnih operativnih sustava proizvedenih pod vlastitom platformom. Prema tome, jedna ili druga vrsta arhitekture računala može se razlikovati ne toliko po hardverskim komponentama računala, koliko prema pristupima proizvođača oslobađanju odgovarajućih rješenja. Ovisno o vlastitoj strategiji razvoja, tvrtka se može usredotočiti na otvorenost ili bliskost platforme.

Dakle, glavne značajke arhitekture modernih računala na primjeru IBM platforme: odsutnost monopolskog branda-proizvođača računala, otvorenost. I u softveru iu hardveru. Što se tiče glavnog konkurenta IBM platforme, Applea, glavne osobine računala odgovarajuće arhitekture su tajnost, kao i izdavanje računala od strane jedne marke.