Сам. робота №1
Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные.
Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами.
Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств.
ПК с технической точки зрения можно определить как единую систему, представляющую собой набор сменных компонентов, соединенных между собой стандартными интерфейсами. Компонентом здесь выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы. Интерфейсом называют стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве такового служат разъемы, наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы, стандартный программный код.
В компьютерной индустрии существует набор однотипных компонентов с разными функциональными возможностями (и, соответственно, с разной стоимостью), включаемых в систему по единому интерфейсу. Полное описание набора и характеристик устройств, составляющих данный компьютер, называется конфигурацией ПК.
Существует «минимальная» конфигурация ПК, т.е. минимальный набор устройств, без которых работа ПК становится бессмысленной. Это – системный блок, монитор, клавиатура, мышь. Обычно под набором комплектующих, объединенных понятием «типовой персональный компьютер», понимают следующий их состав: корпус с блоком питания; системная (материнская) плата; процессор; оперативная память; видеоконтроллер; монитор; жесткий диск; клавиатура; мышь; дисковод CD-ROM; дисковод гибких дисков; звуковая карта
Основные блоки ПК. Состав и их назначение.
Наиболее важными компонентами любого ПК, обусловливающими его основные характеристики, являются: микропроцессор, системная (материнская) плата, интерфейс.
Микропроцессор
(МП, Central Processing Unit-CPU) – функционально законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем и находящуюся внутри системного блока и установленную на материнской плате. МП – это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.
В состав микропроцессора входят:
устройство управления (УУ) - формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;
арифметико - логическое устройство (АЛУ) - предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);
микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного характера, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, т.к. основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессор;
интерфейсная система микропроцессора - реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface)- совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O - Input/Output port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК
Основными характеристиками МП являются:
· Быстродействие (количество операций, производимых в 1 сек.; измеряется в бит/сек);
· Тактовая частота (т.е. количество тактов в сек. Такт-промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой-генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов ПК. На выполнение МП каждой операции отводится определенное количество тактов. Чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (Мгц) и гигагерцах (Ггц))
· Разрядность (определяется количеством двоичных разрядов, которые МП обрабатывает за один такт)
Системная (материнская) плата. Важнейшим элементом ПК, к которому подключено все то, что составляет сам компьютер. Она служит для объединения и организации взаимодействия других компонентов. По сути, выбор конфигурации ПК начинается с выбора системной платы. На материнской плате размещаются:
· процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
· шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигнала ми между внутренними устройствами компьютера;
· оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;
· ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;
· микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;
· разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).
При выборе материнской платы необходимо учитывать следующие ее характеристики: возможные типы используемых МП с учетом их рабочих частот; число и тип разъемов системной шины; базовый размер платы;
возможность наращивания оперативной и кэш-памяти; возможность обновления базовой системы ввода-вывода (BIOS)большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина.
Системная шина находится непосредственно на материнской плате. Функционально системная шина предназначена для передачи информации между МП и остальными компонентами ПК. По шине проходит не только обмен информацией, но и передача адресов, служебных сигналов. Шина характеризуется типом, разрядностью (это максимальное количество одновременно передаваемой информации), частотой (кол-во циклов срабатывания шины в единицу времени) и количеством подключаемых внешних устройств.
Основных шин три: шина данных, шина адреса и шина управления.
Шина данных. По ней данные передаются между различными устройствами в любом направлении. Разрядность шины определяется разрядностью МП, т.е. количеством двоичных разрядов, кот. могут обрабатываться или передаваться МП одновременно. Разрядность МП постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.
Шина адреса. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес, который передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении - от МП к оперативной памяти и устройствам. Разрядность шины постоянно увеличивается и в современных ПК составляет 36 бит.
Шина управления. По ней передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают какую операцию-считывание или запись информации из памяти- нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т.д
В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться: шины расширений - шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств; локальные шины, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса и используются для увеличения производительности системы; периферийные шины, обеспечивают связь центральных устройств машины с внешними устройствами (дисковые накопители, клавиатура, мышь, сканер и др.).
Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств:
Постоянное запоминающее устройство (RAM, ПЗУ) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).
Оперативное запоминающее устройство (ROM, ОЗУ) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно - вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка следует отменить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).
Для ускорения доступа к оперативной памяти используется кэш-память. КЭШ-память или сверхоперативная память - это очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется регистровая КЭШ-память внутри микропроцессора (КЭШ-память первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (КЭШ-память второго уровня); для ускорения операций с дисковой памятью организуется КЭШ-память на ячейке электронной памяти.
Кроме ОП на системной плате ПК имеется и энергозависимая память CMOS-память.CMOS-память предназначена для длительного хранения данных о конфигурации и настройке компьютера (дата, время, пароль), в т.ч. и когда питание ПК выключено (чем отличается от ОЗУ, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы). Для этого используются специальные компьютерные схемы со средним быстродействием, но очень малым энергопотреблением, питаемые от специального аккумулятора, установленного на материнской плате. Это полупостоянная память.
Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖДМ) и гибких магнитных дисках (НГДМ). Назначение этих накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на магнитной дискете, накопители на оптических дисках (CD,DVD-ROM, R, RW), магнитно-оптических дисках и др.
Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК.
Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд).
Основные внешние устройства ПК
Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости внешние устройства (ВУ) иногда составляют 50-80% всего ПК. От состава и характеристик ВУ во многом зависят возможность и эффективность применения ПК в системах управления и в народном хозяйстве в целом.
ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой пользователями, объектами управления и другими ПК. Можно выделить следующие виды: устройства ввода информации; устройства вывода информации; устройства передачи/обмена информацией; видеотерминальные устройства; прочие периферийные устройства
К устройствам ввода информации относятся:
Клавиатура устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК.
Сканер устройство для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей.
Графические планшеты (дигитайзеры) устройство для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;
Координатные манипуляторы - это специальные устройства, которые используются для управления курсором. К ним относят:
1) Мышь имеет вид небольшой коробки, полностью умещающейся на ладони. Связана с компьютером кабелем через специальный блок — адаптер, и её движения преобразуются в соответствующие перемещения курсора по экрану дисплея. В верхней части устройства расположены управляющие кнопки (обычно их три), позволяющие задавать начало и конец движения, осуществлять выбор меню и т.п.
2) Джойстик — обычно это стержень-ручка, отклонение которой от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора. Часто применяется в компьютерных играх.
3) Трекбол — шар, встроенный в клавиатуру, который крутить, добиваясь перемещения графического курсора мыши в нужную точку.
4) Пойнтер — размещается на клавиатуре и является аналогом джойстика.
5) Тачпад — представляет собой прямоугольную панель, чувствительную к нажатию пальцев, что равносильно нажатию кнопки мыши.
К устройствам вывода информации относятся:
Принтеры. Все печатающие устройства можно подразделить на последовательные, строчные и страничные. По принципу действия различают матричные, лазерные, светодиодные и струйные принтеры
Графопостроители (плоттеры) - для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделяются на планшетные и барабанные.
К устройствам передачи/обмена информацией относятся:
Модем устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи. В зависимости от типа канала связи устройства приема-передачи подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы и прочие. Наиболее широкое применение нашли модемы, ориентированные на подключение к коммутируемым телефонным каналам связи.
Факс-модем модем, дополненный функциями приема/передачи факсимильных сообщений.