Structura unui calculator personal

Lucrarea 3.

Structura unui calculator personal

1. Scopul lucrarii:

In lucrare se prezinta arhitectura calculatoarelor personale compatibile IBM-PC, ca un exemplu de implementare a sistemelor de calcul bazate pe microprocesoare. Sunt evidentiate componentele de baza ale sistemului (procesor, memorie, interfete de intrare/iesire si dispozitive periferice) si modul de interconectare a acestora.

2. Consideratii teoretice

2.1 Schema de principiu a unui calculator compatibil IBM-PC AT

Un calculator personal este un sistem de calcul a carei functionalitate, si implicit arhitectura interna , este adaptata utilizarii de catre o singura persoana. Primele calculatoare de acest tip aveau caracteristici de performanta modeste (frecventa ceasului – 2MHz, memorie – 64ko); insa, evolutia rapida a tehnologie microelectonice materializata prin procesoare integrate de mare viteza si memorii de capacitate mare la un pret rezonabil, au dus la transformarea acestor sisteme din simple curiozitati tehnice in suport hardware pentru majoritatea programelor de aplicatie dezvoltate astazi. La aceasta schimbare radicala a contribuit in egala masura si introducerea si utilizarea intensiva a retelelor de calculatoare. Astfel devine mai avantajoasa utilizarea unui numar de calculatoare personale conectate in retea decit utilizarea unui singur calculator de mare performanta si cu un numar echivalent de terminale. Avantajele primei variante sunt: raport pret/performanta mai bun, fiabilitate sporita (defectarea unui calculator nu duce la oprirea intregului sistem), interfata grafica utilizator mult mai performanta, scalabilitate, etc.

ROM S. intr. DMA Int. tast

uP A

x86 m Magistrala locala

p Timer

Amplif.

Gen. RAM ceas

Inerfata mem. ext.

Interfata video

Interfata ser./par.

Interfata sunet

Interfata retea

Alte interfete

Magistrala sistem

Figura 1 Structura interna a unui calculator IBM-PC AT

In figura 1 s-a reprezentat structura interna a unui calculator compatibil IBM-PC AT. In decursul anilor aceasta structura a suferit o serie de modificari cum ar fi: adaugarea de noi magistrale spacializate (EISA, VESA, PCI), integrarea intr-un singur circuit a mai multor componente, adaugarea de noi interfete, etc. Aceste adaugari s-au facut astfel incit sa se pastreze compatibilitatea de jos in sus cu versiunile constructive anterioare si sa nu se modifice imaginea pe care o are programatorul asupra calculatorului (adrese de porturi, registre de control si stare pentru interfete, alocarea intreruperilor, alocarea canalelor DMA, organizarea spatiului de memorie, etc.)

Componentele arhitecturii de baza sunt:

- procesorul – ‘286, 386,486, Pentium, Pentium Pro, …; la sistemele ‘286 si ‘386 poate sa existe un coprocesor matematic (Intel x87);

- generatorul de ceas – genereaza semnalele de sincronizare ale sistemului (semnale: CLK, PCLK, OSC)

- amplificatoarele de magistrala – adapteaza semnalele procesorului la cerintele de incarcare ale unei magistrale TTL;

- magistrala locala – utilizata initial pentru conectarea componentelor aflate pe placa de baza

- magistrala sistem – utilizata pentru conectarea interfetelor de intrare/iesire si a memoriei RAM

- ROM – memoria nevolatila care pastreaza nucleul sistemului de operare DOS, numit BIOS

- RAM – memoria RAM interna (1-64Mo) care pastreaza programele si datele in curs de executie

- sistemul de intreruperi – contine doua controloare de intreruperi de tip I8259A care gestioneaza 16 linii de intrerupere hardware

- DMA – sistemul de acces direct la memorie – contine doua controloare DMA de tip 8237, care gestioneaza 8 canale de acces direct la memorie

- Timer – controlor de tip timer/counter (I8254) – folosit ca generator cu frecventa controlata in diferite scopuri: generarea ciclurilor de “refresh”, generator de ceas de timp-real, generator de sunete, etc.

- interfata de tastatura – permite conectarea unei tastaturi inteligente (care are incorporat un microcontrolor )

- interfata pentru memoria externa – permite conectarea unor dispozitive periferice pentru stocarea datelor: unitati de disc flexibil, unitati de disc rigid, unitati de disc optic, caseta magnetica, etc.)

- interfata video – permite conectarea unui dispozitiv de vizualizare de tip monitor;

- interfata seriala si paralela – permite transferul de date pe canale seriale si respect paralele; interfata seriala se foloseste pentru: conectarea unui dispozitiv de tip mouse, pentru comunicatia pe linii telefonice (prin Modem), sau pentru realizarea unei legaturi punct-la-punct cu un alt calculator; interfata paralela se foloseste pentru conectarea unei imprimante, sau mai rar pentru conectarea a doua calculatoare.

Alte interfete optionale:

- interfata de sunet (sound blaster)

- interfata de retea (ex: Ethernet)

- interfete utilizator – folosite pentru aplicatii speciale cum ar fi: achizitie de date digitale si analogice, achizitie de imagini, etc.