Klasická architektura PC. Hlavní rysy architektury moderních počítačů

Navzdory skutečnosti, že moderní modely počítačů jsou na trhu představovány širokou škálou značek, jsou shromažďovány v malém počtu architektur. Jaký je důvod? Jaká je specifická architektura moderních počítačů? Jaké softwarové a hardwarové komponenty to tvoří?

Definice architektury

Co je architektura počítače? Tímto poměrně širokým pojmem je obvyklé pochopit soubor logických principů sestavování počítačového systému, jakož i charakteristické rysy technologických řešení, která jsou do něj vložena. Architektura PC může být standardizačním nástrojem. To znamená, že počítače v něm mohou být sestaveny podle zavedených schémat a technologických přístupů. Kombinace určitých konceptů do jediné architektury usnadňuje propagaci modelu PC na trhu, umožňuje vám vytvářet programy vyvinuté různými značkami, které ale zaručují, že budou vhodné pro ně. Jednotná architektura PC také umožňuje výrobcům počítačů aktivně spolupracovat za účelem zlepšení určitých komponent počítačové techniky.

Pod tímto pojmem lze rozumět soubor přístupů k sestavování počítačů nebo jejich jednotlivých součástí, přijatých na úrovni určité značky. V tomto smyslu může architektura, kterou výrobce vyvíjí, je jeho duševním vlastnictvím a je používána pouze ním, může fungovat jako konkurenční nástroj na trhu. Ale i v tomto případě mohou být rozhodnutí různých značek někdy zařazena do obecné koncepce, která kombinuje klíčová kritéria, která charakterizují počítače různých modelů.

Termín "počítačová architektura" jako vědní obor může být chápán různými způsoby. První verze této interpretace zahrnuje interpretaci koncepce, která je předmětem zkoumání, jako standardizačního kritéria. Podle další interpretace je architektura spíše kategorie, která umožňuje jedné značce producentů, aby se stala konkurenceschopnou s ostatními.

Nejzajímavějším aspektem je souvislost mezi historií a architekturou počítače. Jedná se zejména o vznik klasické konstrukce logických obvodů počítačů. Zvažte jeho vlastnosti.

Klasická počítačová architektura

Klíčové principy, podle nichž by mělo PC počítat s určitým logickým schématem, navrhl Jan von Neumann, významný matematik. Jeho myšlenky byly realizovány tvůrci počítačů z prvních dvou generací. Koncept, který vyvinul John von Neumann, je klasická architektura PC. Jaké jsou jeho vlastnosti? Předpokládá se, že počítač by měl sestávat z následujících hlavních komponent:

- aritmetický a logický blok;

- řídicí zařízení;

- blok externí paměti;

- blok paměti RAM;

- zařízení určená pro vstup a výstup informací.

V rámci tohoto schématu by měla být interakce technologických komponent implementována v určitém pořadí. Nejprve se do paměti počítače dostanou data z počítačového programu, který lze zadat pomocí externího zařízení. Pak řídicí zařízení přečte informace z paměti počítače a poté je odešle k provedení. Pokud je to nutné, použijte zbývající součásti počítače.

Architektura moderních počítačů

Zvažte, jaké jsou hlavní rysy architektury moderních počítačů. Je poněkud odlišná od koncepce, kterou jsme studovali výše, ale v mnoha směrech to pokračuje. Klíčovým prvkem nejnovější generace počítačů je aritmetická, logická jednotka a skutečnost, že řídicí zařízení jsou kombinována do jedné technologické součásti - procesoru. V mnoha ohledech to bylo možné díky vzhledu čipů a jejich dalšímu zlepšení, které umožnilo přizpůsobit širokou škálu funkcí v poměrně malé části počítače.

Architektura moderního PC se vyznačuje také přítomností regulátorů. Objevily se v důsledku revize konceptu, v němž měl procesor provádět funkci výměny dat s externími zařízeními. Vzhledem k schopnosti integrovaných obvodů, které se objevily, se výrobci počítačů rozhodli oddělit odpovídající funkční komponentu od procesoru. Takže existovaly různé směnné kanály, stejně jako periferní čipy, které se pak začaly říkat regulátory. Příslušné hardwarové komponenty na moderních počítačích mohou například řídit činnost disků.

Architektura zařízení a počítače moderních návrhů zahrnuje použití sběrnice. Jeho hlavním účelem je poskytovat komunikaci mezi různými hardwarovými prvky počítače. Jeho struktura může předpokládat přítomnost specializovaných modulů, které jsou zodpovědné za určitou funkci.

Architektura IBM

IBM vyvinula architekturu PC, která se vlastně stala jedním ze světových standardů. Jeho charakteristickým znakem je otevřenost. To znamená, že počítač v něm přestává být hotovým produktem značky. IBM není monopolním hráčem na trhu, i když je jedním z jeho průkopníků při vývoji vhodné architektury.

Uživatel nebo společnost, která sestavují počítače na platformě IBM, může nezávisle určit, které komponenty budou zahrnuty do struktury počítače. Je také možné vyměnit jednu nebo jinou elektronickou součást za pokročilejší. Rychlý vývoj počítačové techniky umožnil implementovat princip otevřené architektury PC.

Softwarové funkce pro počítače IBM Architecture

Důležitým kritériem pro přiřazení počítače k ​​platformě IBM je jeho kompatibilita s různými operačními systémy. A to také sleduje otevřenost tohoto typu architektury. Počítače související s platformou IBM mohou být spravovány systémem Windows, Linux v mnoha modifikacích, stejně jako další operační systémy, které jsou kompatibilní s hardwarovými komponentami PC příslušné architektury. Kromě softwaru od významných značek mohou být na platformě IBM instalovány různé produkty pro tvorbu obsahu, jejichž vydání a instalace obvykle nevyžadují koordinaci s výrobci hardwaru.

Mezi softwarové komponenty, které se nacházejí téměř v jakémkoli počítači na platformě IBM, je základní vstupní a výstupní systém, nazývaný také systém BIOS. Je navržen tak, aby zajistil implementaci základních hardwarových funkcí počítače bez ohledu na typ operačního systému, který je na něm instalován. A toto je další, ve skutečnosti známka otevřenosti dané architektury: Výrobci systému BIOS jsou tolerantní k výrobcům operačních systémů a jakémukoli jinému softwaru. Vlastně skutečnost, že BIOS může být vyráběna různými značkami, je také kritériem otevřenosti. Funkční systémy BIOS od různých vývojářů jsou blízké.

Pokud počítač nemá nainstalovaný BIOS, je jeho provoz téměř nemožný. Nezáleží na tom, zda je na počítači nainstalován operační systém - je třeba zajistit interakci mezi hardwarovými komponentami počítače a lze je implementovat pouze pomocí systému BIOS. Přeinstalování systému BIOS v počítači vyžaduje speciální softwarové a hardwarové nástroje, na rozdíl od instalace operačního systému nebo jiného typu softwaru, který v něm běží. Tato funkce systému BIOS je určena tím, že musí být chráněna před počítačovými viry.

Pomocí systému BIOS může uživatel ovládat hardwarové komponenty počítače a odhalit určitá nastavení. A to je také jeden z aspektů otevřenosti platformy. V některých případech pracovat s příslušnými nastaveními vám umožní znatelné zrychlení počítače, stabilnější provoz jednotlivých hardwarových komponent.

Systém BIOS v mnoha počítačích je doplněn pláštěm UEFI, jak se domnívá mnoho IT specialistů, je to docela užitečné a funkční softwarové řešení. Základní účel UEFI se však podstatně liší od toho, co je typické pro systém BIOS. Ve skutečnosti je to tentýž systém, ale jeho rozhraní je poněkud blíže tomu, co je typické pro operační systém PC.

Nejdůležitějším typem softwaru pro počítače je ovladač. Je nutné, aby hardwarová součást nainstalovaná v počítači fungovala správně. Ovladače jsou obvykle vyráběny výrobci počítačových zařízení. Avšak vhodný typ softwaru, který je kompatibilní s jedním operačním systémem, jako je Windows, obvykle není vhodný pro jiné operační systémy. Proto uživatel často musí vybrat ovladače, které jsou kompatibilní s určitými typy počítačového softwaru. V tomto smyslu není platforma IBM dostatečně standardizovaná. Může se stát, že zařízení pracující perfektně pod operačním systémem Windows nebude možné spustit pod Linuxem, protože uživatel nemůže najít potřebný ovladač, nebo proto, že výrobce hardwarové komponenty prostě neměl čas uvolnit správný druh softwaru.

Je důležité, aby řešení zahrnuté do struktury počítače bylo kompatibilní nejen s konkrétní architekturou, ale také s dalšími technologickými prvky počítače. Jaké komponenty lze v moderních počítačích změnit? Mezi klíčem: základní deska, procesor, paměť RAM, grafická karta, pevné disky. Zvažme podrobnosti specifikací jednotlivých složek podrobněji, určíme, na čem závisí jejich kompatibilita s ostatními hardwarovými prvky a také zjistíme, jak lze v praxi správně realizovat princip otevřené architektury PC.

Základní deska

Jednou z klíčových součástí moderního počítače je základní deska nebo systémová deska. Obsahuje řadiče, autobusy, mosty a další prvky, které umožňují kombinovat různé hardwarové komponenty. Díky tomu je moderní architektura PC skutečně implementována. Základní deska umožňuje účinně distribuovat funkce vašeho počítače napříč různými zařízeními. Tato součást umístí na sebe většinu ostatních, jmenovitě procesor, grafickou kartu, paměť RAM, pevné disky atd. BIOS, nejdůležitější softwarová součást PC, je ve většině případů napsána v jednom z čipů základní desky. Je důležité, aby příslušné prvky nebyly poškozeny.

Výměna základní desky nebo výběr správného modelu v procesu sestavování počítače, musíte se ujistit, že nový model bude kompatibilní s dalšími hardwarovými komponentami. Existují tedy základní desky, které podporují procesory Intel, ale existují i ​​ty, na kterých lze nainstalovat pouze čipy AMD. Je velmi důležité se ujistit, že nová deska podporuje existující paměťové moduly. Co se týče grafické karty a pevných disků, obvykle neexistují žádné problémy kvůli dostatečně vysoké úrovni standardizace na příslušných trzích. Není však žádoucí, aby se nová deska a tyto komponenty příliš lišily, pokud jde o vyrobitelnost. V opačném případě bude méně produktivní prvek zpomalovat celý systém.

Procesor

Hlavní čip moderního počítače je procesor. Otevřená architektura PC umožňuje, dle uvážení uživatele, instalovat do počítače výkonnější a výkonnější technologický procesor. Tato možnost však může znamenat řadu omezení. Proto je obecně nemožné vyměnit procesor Intel s AMD, aniž byste museli nahradit jinou součást - základní desku. Je také problematické instalovat jeden čip namísto jiného z téže značky, který však patří k jinému typu technologické linky.

Instalace výkonnějšího procesoru do počítače, musíte se ujistit, že RAM, pevné disky a grafická karta nejsou daleko za sebou technologicky. Jinak, jak jsme již poznamenali výše, nahrazení čipu nemusí přinést očekávaný výsledek - počítač nebude pracovat rychleji. Hlavní ukazatele výkonnosti procesoru jsou frekvence hodin, počet jader, velikost vyrovnávací paměti. Čím větší jsou, tím rychleji funguje čip.

RAM

Tato součást také přímo ovlivňuje výkon počítače. Hlavní funkce RAM jsou obecně stejné jako v typických počítačů generací. V tomto smyslu je RAM klasickou hardwarovou komponentou. To však zdůrazňuje jeho důležitost: až dosud výrobci počítačových desek nepřišli s žádnou hodnou alternativou.

Hlavním kritériem výkonu paměti je jeho objem. Čím více je, tím rychleji funguje počítač. Moduly PC mají také frekvenci hodin, stejně jako procesor. Čím vyšší je, tím je počítač produktivnější. Je třeba provést výměnu paměti RAM a ujistěte se, že nové moduly jsou kompatibilní s základní deskou.

Grafická karta

Principy architektury PC první série neznamenaly separaci grafické karty do samostatné komponenty. To znamená, že toto hardwarové řešení je také jedním z kritérií pro klasifikaci počítače moderním generacím. Grafická karta je zodpovědná za zpracování počítačové grafiky - jedné z nejkomplexnějších datových typů vyžadující vysoce výkonné integrované obvody.

Tato hardwarová součást by měla být nahrazena korelací jejích hlavních charakteristik s výkonovou a technologickou úrovní procesoru, paměti a základní desky. Vzor je zde stejný, jak jsme si poznamenali výše: je nežádoucí, aby se odpovídající součásti PC lišily značně z hlediska výkonu. U grafické karty jsou klíčovým kritériem množství interní paměti, stejně jako frekvence hodin jejího hlavního čipu.

Stává se, že modul, který je odpovědný za zpracování počítačové grafiky, je zabudován do procesoru. A to nemůže být považováno za znamení, že počítač je zastaralý, naopak podobná schéma je zaznamenána na mnoha moderních počítačích. Tento koncept je nejoblíbenější mezi výrobci notebooků. To je docela logické: značky musí zajistit kompaktnost tohoto typu počítačů. Grafická karta je poměrně objemná hardwarová součást, její velikost je nejčastěji výrazně větší než procesor nebo paměťový modul.

Pevné disky

Pevný disk je také klasickou součástí počítače. Patří do kategorie trvalého skladování. Typická moderní architektura PC. Pevné disky často ukládají velké množství souborů. Je možné poznamenat, že tato součást patří k nejméně náročným specifikám základní desky, procesoru, paměti RAM a grafické karty. Ale opět, pokud je pevný disk charakterizován nízkým výkonem, existuje možnost, že počítač bude pracovat pomalu, i když na něm budou nainstalovány další hardwarové komponenty související s nejmoderněji technologicky pokročilými.

Hlavním kritériem výkonu disku je rychlost. Hlasitost je také důležitá, ale význam tohoto parametru závisí na potřebách uživatele. Pokud je v počítači nainstalován malý pevný disk s velmi vysokými otáčky, počítač běží rychleji než při vysokém výkonu a nízké rychlosti otáčení odpovídajících prvků zařízení.

Základní deska, procesor, paměť RAM a grafická karta jsou interní komponenty počítače. Pevný disk může být jak interní, tak i externí a v tomto případě nejčastěji vyjímatelný. Hlavními analogy pevného disku jsou flash disky, paměťové karty. V některých případech to mohou zcela nahradit, ale pokud je to možné, doporučuje se počítač vybavit alespoň jedním pevným diskem.

Koncepce otevřené architektury PC není samozřejmě omezena na možnost nahrazení a výběru uvedených pěti komponent. Existuje tolik zařízení pro jiné účely, které jsou součástí počítače. Jedná se o disky DVD a Blue-ray, zvukové karty, tiskárny, skenery, modemy, síťové karty fanoušků. Sada relevantních komponent může předurčovat určitou značkovou architekturu PC. Základní deska, procesor, paměť RAM, grafická karta a pevný disk jsou prvky, bez kterých nemůže moderní počítač fungovat, nebo bude jeho provoz velmi obtížný. Určují především rychlost práce. A proto díky tomu, že na počítači budou instalovány technologické a moderní komponenty odpovídajícího typu, bude uživatel schopen sestavit vysoce výkonný a výkonný počítač.

Apple počítače

Jaké další typy architektur PC existují? Mezi těmi, kteří jsou v přímé konkurenci s architekturou společnosti IBM, docela dost. Jedná se například o počítače Apple Macintosh. Samozřejmě, podle mnoha kritérií jsou podobné architektuře IBM - mají také procesor, paměť, grafickou kartu, základní desku a pevné disky.

Počítače Apple se však vyznačují skutečností, že jejich platforma je zavřená. Uživatel je velmi omezen při instalaci součástí na PC podle svého uvážení. Apple je jediná značka, která může legálně vyrábět počítače v odpovídající architektuře. Stejně tak je Apple jediným dodavatelem funkčních operačních systémů vyráběných na vlastní platformě. Tyto nebo jiné typy architektury PC se tak mohou lišit nejen hardwarovými komponentami počítače, ale také přístupy výrobců k uvolnění odpovídajících řešení. V závislosti na vlastní rozvojové strategii se společnost může zaměřit na otevřenost nebo blízkost platformy.

Takže hlavní rysy architektury moderních počítačů na příkladu platformy IBM: absence monopolní značky - výrobce počítačů, otevřenost A to jak v softwaru, tak v hardwaru. Co se týče hlavního konkurenta platformy IBM, Apple, hlavní rysy PC příslušné architektury jsou blízkost a uvolnění počítačů jednou značkou.