ЭВМ представляет собой совокупность устройств, выполненных на БИС, каждая из которых имеет своё функциональное назначение. В состав микропроцессора входит: системный таймер, АЛУ, блок управления, счётчик команд, регистр команд, сопроцессор, контроллер прерывания, контроллер прямого доступа к памяти, контроллеры ввода-вывода (i/o), контроллер шины и другие устройства.

Все устройства ЭВМ делятся на центральные и периферийные. Центральные устройства полностью электронные, периферийные устройства могут быть либо электронными, либо электро-механическими с электронным управлением.

В состав центральных устройств ЭВМ входят: ЦП, основная память и ряд дополнительных устройств, выполняющих служебные функции: контроллер прерывания, таймер, контроллер прямого доступа к памяти и другие.

В центральных устройствах основным узлом, связывающим микропроцессорный комплект в единое целое, является системная магистраль. Она состоит из ШД, ША, ШУ, а также регистров-защёлок, в которых запоминается передаваемая информация, шинные формирователи, шинные арбитры, определяющие очерёдность доступа к системной магистрали.

Логика работы системной магистрали, количество разрядов ШД, ША и ШУ, порядок разрешения конфликтных ситуаций, возникающих при одновременном обращении различных устройств ЭВМ к системной магистрали, образуют интерфейс системной шины.

Периферийные устройства делятся на 2 вида: внешние ЗУ (HDD, FDD, DVD) и устройства ввода-вывода – клавиатура, мышь, дисплей и другие.

Рассмотрим работу ЭВМ на примере упрощённой схемы:

Программа, управляющая работой ЭВМ, загружается в основную память (загрузчик), адрес первой выполняемой команды передаётся процессору и запоминается в счётчике команд. Начало работы процессора заключается в том, что адрес из счётчика команд, в котором всегда хранится адрес очередной команды, выставляется на ША системной магистрали. Одновременно, на ШУ выдаётся команда «выборка из ОП», которая воспринимается основной памятью. Получив с шины управления команду, основная память считывает адрес с ША, находит ячейку с этим номером, и её содержимое выставляет на ШД, а на ШУ выставляет сигнал о выполнении команды. МП, получив по ШУ сигнал об окончании работы ОП, вводит число с ШД на внутреннюю магистраль процессора, и через неё посылает информацию в регистр команд.

В регистре команд полученная команда разделяется на кодовую и адресную части. Код команды поступает в блок управления для выработки сигналов, настраивающих МП на выполнение заданной операции и для определения адреса следующей команды, в который сразу заносится счётчик команд.

Адресная часть команды выставляется на ША системной магистрали и сопровождается сигналом «Выборка из ОП на ШУ». Выбранная из ОП информация через ШД поступает на внутреннюю магистраль МП, с которой вводится в АЛУ. На этом заканчивается подготовка МП к выполнению операции и начинается её выполнение в АЛУ.

Результат выполнения операции выставляется процессором на ШД, а на ША выставляется адрес ОП, по которому этот результат необходимо записать с одновременным выставлением команды на ШУ в запись ОП. Получив с шины управления команду, ОП считывает адрес и данные с системной магистрали, организует запись данных по указанному адресу и после выполнения команды выставляет на ШУ сигнал, обозначающий что число записано.

Процессор, получив этот сигнал, начинает выборку очередной команды: выставляет адрес из счётчика команд на шины адреса, формирует команду «выборка из ОП» на ШУ и т.д.

В каждом цикле, получив команду в регистр команд и выделив код операции процессор определяет, к какому устройству она относится. Если команда должна выполняться процессором, то организуется её выполнение в другом устройстве ЭВМ, процессор передаёт её соответствующему устройству.

Процесс передачи команды другому устройству предусматривает следующие действия:

1. МП выставляет на ША СМ адрес необходимого устройства;

2. По ШУ выставляется сигнал «поиск устройства»;

3. Все устройства, подключенные к СМ, получив этот сигнал, считывают номер устройства с ША и сравнивают его со своим номером. Устройство с совпавшим номером вырабатывает сигнал отклика по ШУ;

4. МП, получив сигнал отклика, в простейшем случае выставляет имеющуюся у него команду на ШД и сопровождает её по ШУ сигналом «передаю команду»

5. Получив сигнал о приёме команды МП переходит к выполнению своей очередной команды, выставляя на ША содержимое счётчика команд;

Взаимодействие МП с внешними устройствами предусматривает выполнение логической последовательности действий, связанных с поиском устройства, определением его техсостояния (готов-не готов, включен-выключен), обменом командами и информацией. Эта логическая последовательность действий вместе с устройствами, реализующими её, получила название интерфейс ввода-вывода.

Для различных устройств могут использоваться разные логические последовательности действий, поэтому интерфейсов ввода-вывода в одной ЭВМ может быть несколько. Если их удаётся свести к одному универсальному, то такой интерфейс называется стандартным. Например, в IBM-PC есть два стандартных интерфейса для связи МП с внешними устройствами: параллельный Cetronix (LPT) и последовательный типа RS-232.

Интерфейсы постоянно совершенствуются, поэтому с появлением новых ЭВМ, новых внешних устройств, нового ПО появляются и новые интерфейсы. Так, например широко используется новый интерфейс Plug and Play, который предназначен для облегчения системной настройки ПК при подключении новых устройств.

Если при обращении МП к внешнему устройству продолжение выполнения основной программы МП возможно только после завершения операции ввода-вывода, то МП, запустив внешнее устройство, переходит в состояние ожидания и находится в нём до тех пор, пока внешнее устройство не сообщит ему об окончании обмена данными. Это приводит к простою большинства устройств ЭВМ, так как в каждый момент времени может работать только одно из них. Такой режим называется однопрограммным – в каждый момент времени все устройства находятся в состоянии ожидания и только одно устройство выполняет основную и единственную программу.

Для ликвидации таких простоев и повышения эффективности работы ВУ стали автономными: получив от МП необходимую информацию, они самостоятельно организуют свою работу по обмену данными. МП, запустив внешнее устройство, пытается продолжить выполнение прерванной программы, если же ему приходится перейти в режим ожидания, то пользуясь тем, что в ОП может одновременно находиться несколько программ, МП переходит к выполнению очередной программы. При этом создаётся ситуация, когда в один и тот же момент времени различные устройства ЭВМ выполняют либо разные программы, либо разные части одной и той же программы. Такой режим работы называется многопрограммным.