Архитектура персонального компьютера

В основе строения ПК лежат два важных принципа:
магистрально-модульный принцип и
принцип открытой архитектуры.

Магистрально-модульный принцип
Все части и устройства изготавливаются в виде отдельных блоков, информация между которыми передаётся по комплекту соединений, объединённых в магистраль. При этом общую схему ПК можно представить в следующем виде:

Открытая архитектура
Второй принцип построения ПК - предполагает возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей, доступную всем желающим (подобно детскому конструктору).

Многие необходимые дополнительные устройства интегрированы в современные материнские (системные) платы:
сетевая карта,
внутренний модем,
сетевой адаптер беспроводной связи Wi-Fi,
контроллер IEEE 1394 для подключения цифровой видеокамеры,
звуковая плата и др.
Раньше эти устройства подключались к материнской плате с помощью слотов расширения и разъемов.

Чипсет.
Важнейшей частью материнской платы является чипсет.
Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета
1. контроллер-концентратор памяти, или Северный мост, который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;
2. контроллер-концентратор ввода/вывода, или Южный мост, обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Пропускная способность шины
Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается.
Быстродействие устройства зависит от тактовой частоты обработки данных (измеряется в МГц) и разрядности, т. е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт. (Такт — это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств компьютера.)
Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться.
пропускная способность шины = разрядность шины × частота шины.

Системная шина
Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине (FSB от англ. FrontSide Bus). Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Если частота системной шины 400 МГц, то процессор может получать и передавать данные с частотой
400 МГц • 4 = 1600 МГц.
Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна:
64 бита • 1600 МГц = 102400 Мбит/с = = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с.

Частота процессора
количеством бит, которые процессор может обработать одновременно
В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины.
Например, в современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8.
Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет
400 МГц • 8 = 3200 МГц = 3,2 ГГц.

Шина памяти
Обмен данными между северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти частота шины памяти может составлять 400 МГц • 4 = 1600 МГц,
Т. е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор. Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:
64 бита • 1600 МГц = 102 400 Мбит/с == 100 Гбит/с =
= 12,5 Гбайт/с = 12 800 Мбайт/с.

Шина PCI Express
связывает видеопамять с процессором и оперативной памятью.
Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с.
К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA или цифрового разъема DVI подключается монитор или проектор.

Шина SATA
Устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы) подключаются к южному мосту по шине SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment — последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

Шина USB
Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина).
Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств

Увеличение производительности процессора.
Увеличение производительности процессоров за счет увеличения частоты имеет свой предел из-за тепловыделения.
Выделение процессором теплоты Q пропорционально потребляемой мощности Р, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату частоты v :
Q ~ Р ~
Увеличение производительности процессора, а значит и компьютера, достигается за счет увеличения количества ядер процессора (арифметических логических устройств).
вместо одного ядра процессора используются два или четыре ядра, что позволяет распараллелить вычисления и повысить производительность процессора.

В чем состоит магистрально-модульный принцип построения компьютера?
Какие устройства обмениваются информацией через Северный мост?
Какие устройства обмениваются информацией через Южный мост?
В каком направлении развивается архитектура процессоров?
Д/З: &1.1 Вопросы.

Практическая работа 1.2
Цель работы: Научиться получать сведения об архитектуре компьютера и отдельных его устройствах.
Сведения об архитектуре компьютера

Информационная и диагностическая программа, которая предоставляет подробнейшую информацию об аппаратном и программном обеспечении компьютера. В процессе работы Sandra тестирует компьютер и сравнивает полученные результаты с эталонными данными. Предусмотрена возможность проверки работы компьютеров и проведения тестирования в локальной сети. Используя программу Сандра, пользователь получает информацию о процессоре, чипсете, видеоадаптере, портах, принтерах, звуковой карте, памяти, сети, процессах Windows, AGP, PCIe, соединениях ODBC, USB2, 1394/Firewire, и т.д. Предоставляемые программой данные весьма обширны, например, для тестирования видеокарты тут представлено сразу несколько тестов: тест скорости рендеринга видеокарты, тест памяти видеоадаптера, тест производительности графического процессора, тест производительности и пропускной способности.

Запустить программу тестирования компьютера SiSoftware Sandra командой [Программы-SiSoftware-SiSoftware Sandra].

Перейдем на вкладку Устройства
Выбираем устройства о которых хотелось бы получить сведения
Например:
Информация о системе

В появившемся диалоговом окне с помощью полос прокрутки выбрать интересующие сведения.
Для данного компьютера получим:
скорость системной шины — 134 МГц;
эффективная скорость системной шины — 536 МГц;
скорость шины памяти — 268 МГц.

Выбрать пункт Процессоры.
В появившемся диалоговом окне с помощью полос прокрутки выбрать интересующие сведения.
Для данного компьютера получим: одно ядро;
частота процессора — 2,68 ГГц;
частота системной шины — 100 МГц;
коэффициент умножения частоты процессора — 20.