Магистрально-модульный принцип устройства компьютера
💻 Информатика · 8 класс
Что такое магистрально-модульный принцип
Магистрально-модульный принцип — это способ построения компьютера, при котором все его части (модули) подключаются к общей информационной линии — магистрали, или шине. Каждый модуль можно заменить или добавить, не переделывая остальные. Именно поэтому в один и тот же системный блок можно поставить другой жёсткий диск, добавить память или подключить новый принтер.
Принцип предложил американский математик Джон фон Нейман. Его главные идеи: программа хранится в памяти вместе с данными, а управляет всей работой процессор, читая команды программы одну за другой и выполняя их по порядку. Эти идеи лежат в основе почти всех современных компьютеров.
Основные модули
Компьютер собирается из отдельных устройств, у каждого из которых своя роль.
- Процессор — выполняет команды и арифметико-логические операции, управляет остальными модулями;
- Оперативная память — хранит программу и данные, пока компьютер работает;
- Устройства ввода — клавиатура, мышь, сканер: вводят данные в компьютер;
- Устройства вывода — монитор, принтер, колонки: показывают результаты человеку;
- Внешняя память — диски и флеш-накопители для долговременного хранения данных.
Все эти модули подключены к одной магистрали. Заменить можно любой из них, и компьютер продолжит работать — нужно лишь, чтобы новый модуль «понимал» правила общения по шине.
Что передаётся по магистрали
Шина состоит из трёх частей. По ним передаются разные виды сигналов.
| Часть шины | Что передаёт | Пример |
|---|---|---|
| Шина данных | Сами данные и команды | Число, символ, код команды |
| Шина адреса | Адрес ячейки памяти или устройства | Номер ячейки 1024 |
| Шина управления | Сигналы «читать», «писать» | Сигнал записи в память |
Как идёт обмен
Чтобы прочитать число из памяти, процессор выставляет на шину адреса номер нужной ячейки, по шине управления подаёт сигнал «чтение», и память возвращает значение по шине данных. Схематично это выглядит так.
Процессор → [шина адреса: 1024] → Память
Процессор → [шина управления: ЧТЕНИЕ] → Память
Память → [шина данных: значение] → Процессор
Запись в память идёт похоже, только по шине управления подаётся сигнал «запись», а по шине данных передаётся то значение, которое нужно сохранить. В каждый момент времени по магистрали «разговаривает» только одна пара устройств, чтобы сигналы не перепутались.
Частая ошибка. Думают, что устройства соединены напрямую друг с другом. На самом деле все модули подключены к общей магистрали и «разговаривают» только через неё. Это и делает компьютер легко расширяемым: добавить устройство — значит просто подключить его к шине.
Разрядность шины
Чем шире шина данных (чем больше в ней проводов-линий), тем больше битов передаётся за один такт. Шина в 64 бита передаёт сразу 8 байтов. Разрядность шины адреса задаёт, сколько ячеек памяти процессор может различать: чем больше линий адреса, тем больший объём памяти доступен компьютеру.
Правило. Все три части шины работают согласованно: адрес говорит «куда», управление — «что делать», данные — «что именно передать». Без любой из них обмен невозможен.
Кратко о главном
- Магистрально-модульный принцип: модули подключены к общей шине и легко заменяются.
- Программа и данные хранятся в памяти вместе (идея фон Неймана).
- Шина состоит из линий данных, адреса и управления.
- Обмен идёт по схеме «адрес — сигнал — данные».
- Разрядность шины определяет, сколько информации передаётся за такт.