Архитектура ЭВМ – это общее описание структуры и функций ЭВМ, ее ресурсов.
Ресурсы ЭВМ – средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. К ресурсам ЭВМ традиционно относят объем доступной памяти, процессорное время и др.
При разработке принципов архитектуры компьютеров используется идея о разделении отдельных операций процесса решения задачи (процесса вычислений) между отдельными “специализированными” устройствами.
К центральным (системным) устройствам ПК относятся прежде всего центральный процессор и оперативная память.
Периферийными устройствами компьютера являются: дисплей, клавиатура, манипуляторы - мышь, джойстик, световое перо и т.п., винчестер, дисководы - для гибких дисков, компакт-дисков и т.п., принтер, плоттер, сканер, модем и пр.
Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе организации обмена информации. В соответствии с этим принципом центральные устройства компьютера взаимодействуют между собой (обмениваются информацией) и с периферийными устройствами через системную (информационную) магистраль.
Системная магистраль предназначена для передачи данных, адресов, команд управления.
Центральные устройства подсоединены к шине непосредственно, а периферийные – через устройства сопряжения (контроллеры или адаптеры).
Устройства компьютера целесообразно характеризовать по следующим признакам: класс устройств (название), назначение, принципы работы, основные технические характеристики (потребительские свойства), особенности, программная поддержка.
Для того, чтобы устройства работали в комплексе, нужны специальные программы управления устройством (для каждого устройства - своя). Такие программы называются драйверами
Основные устройства ввода информации (Таблица 1)
| Название | Назначение | Основные характеристики |
| Клавиатура | Ввод алфавитно-цифровых символов, управление курсором | количество нажатий каждой клавиши до ее отказа; дизайн и удобство в работе (эргономичность). |
| Мышь | управление курсором | количество нажатий клавиши до ее отказа; разрешающий шаг; дизайн и удобство в работе (эргономичность |
| Сканер | получение электронной копии документа, созданного на бумаге | разрешающая способность; кол-во цветов и градаций серого; скорость сканирования; - размеры сканируемого листа |
К устройствам ввода информации относятся:
· джойстик;
· световое перо;
· дигитайзер;
· микрофон;
· цифровые камеры и др.
Важной характеристикой устройств ввода, вывода и отображения информации является разрешающая способность или разрешение.
Разрешение измеряется:
в dpi (dot pen inch - количество точек на дюйм), иногда говорят в рpi (pixels pen inch- количество пикселей на дюйм);
в cpi (characters pen inch - количество символов на дюйм).
Пиксель (pixel от picture element - элемент рисунка) - минимальная единица изображения, цвет и яркость которой можно задать независимо от остального изображения.
Дисплей - устройство визуального отображения информации. Относится к основным устройствам персонального компьютера, является важным компонентом пользовательского интерфейса.
Пользовательские характеристики дисплеев:
· размер экрана по диагонали (измеряется в дюймах);
· размер зерна экрана;
· разрешающая способность;
· число передаваемых цветов;
· частота кадровой развертки;
· соответствие стандартам безопасности.
Формирование видеосигналов, в соответствии с которыми дисплей может отображать информацию различных видов на экран, и ускорение выполнения операций над данными графического вида осуществляется видеокартой (видеоадаптером, видеоакселератором - в настоящее время это почти синонимы).
Видеокарта - устройство, управляющее дисплеем и обеспечивающее вывод изображений на экран. Определяет разрешающую способность дисплея и количество отображаемых цветов.
Наиболее распространенными в настоящее время являются видеокарты VGA (Video Graphics Array), SVGA (Super VGA), XGA (eXtended Graphics Array).
Пользовательские характеристики видеоадаптеров:
· объем и тип видеопамяти;
· функциональные возможности процессора (микросхем);
· совместимость с дисплеем и шиной соединения.
Передача информации внутри компьютера осуществляется с помощью шин.
Передача информации между компьютерами может осуществляться как по специальным каналам связи (сетевым кабелям, с помощью которых компьютеры объединяются в локальную сеть), так и с использованием обычных каналов связи - телефонных линий, каналов радиосвязи и пр.
Передача информации между компьютерами, не объединенными в локальную сеть (отсутствует прямая кабельная связь), осуществляется с использованием телефонных линий с помощью модемов.
Шина - совокупность токопроводящих линий, по которым обмениваются информацией устройства компьютера.
Системная шина. Системная шина - это главная магистраль, по которой происходит обмен информацией процессора и памяти и их связь с периферийными устройствами.
Системная шина имеет следующие компоненты:
· шину данных;
· адресную шину;
· шину управления.
Основными характеристиками шины являются:
· разрядность, то есть количество бит, одновременно “проходящих” через нее;
· пропускная способность, то есть количество бит информации, передаваемых по шине за секунду.
Разрядность адресной шины определяет доступное адресное пространство. Если разрядность адресной шины - n, то максимальный адрес, который может быть по ней передан - 2n. Именно это количество ячеек оперативной памяти доступно процессору.
МОДЕМ - устройство для передачи цифровой информации через аналоговые линии связи, например, через телефонные линии или с помощью радиоволн. По сути представляет собой цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразователь.
Основными характеристиками модемов являются:
· скорость передачи данных;
· поддерживаемые протоколы передачи данных.
Скорость модема оценивается числом бит, передаваемых за одну секунду (чаще всего учитываются только “информационные биты”, а блоки с контрольными суммами и вся информация, добавляемая в соответствии с используемым протоколом передачи данных, не учитавыются)
Протокол - стандарт, регламентирующий процедуру установления связи или режимы передачи данных между различными устройствами (между двумя модемами или между модемом и компьютером).
Наиболее важными протоколами являются:
· протокол аппаратной коррекции ошибок;
· протокол аппаратного сжатия данных с контролем ошибок;
· протоколы передачи файлов.
Центральный процессор (ЦПУ) определяет производительность, эффективность всей вычислительной системы, он регулирует, управляет и контролирует рабочий процесс.
В современных персональных компьютерах центральный процессор конструктивно выполнен как микропроцессор на базе сверхбольшой интегральной схемы (СБИС). Это полупроводниковый кристалл или комплект кристаллов, на которых реализуются компоненты процессора.
Логически центральный процессор представляет собой совокупность арифметико-логического устройства (АЛУ) и центрального устройства управления (УУ).
Пользовательские характеристики:
· степень интеграции микросхемы;
· тактовая частота;
· адресное пространство.
· разрядность;
· технология изготовления;
· архитектура МП.
Математический сопроцессор предназначен для выполнения арифметических операций с плавающей точкой. Он может быть как самостоятельным устройством и располагаться на материнской плате, так и быть встроенным в центральный процессор.
Платы расширения - устройства, обеспечивающие подключение и функционирование устройств ввода, вывода, передачи информации.
Платы расширения вставляются в слоты расширения, располагающиеся на системной плате. Наличие свободных разъемов обеспечивает возможность добавления к компьютеру новых устройств.
Как правило, на платах расширения располагаются специальные процессор и память, а также адаптеры (контроллеры) соответствующих устройств.
Основные виды плат расширения:
· видеокарта;
· звуковая карта (soundblaster);
· мультикарта;
· сетевая карта (адаптер локальной сети).
Адаптеры - электронные схемы, управляющие переферийными устройствами компьютера, контролирующие правильность их работы и обеспечивающие интерфейс устройств ввода/вывода.
Основные устройства вывода информации (Таблица 2)
| Название | Назначение | Основные характеристики |
| Принтер | вывод на бумагу, пленку алфавитно-цифровой и графической информации | - разрешающая способность; - скорость печати; - объем памяти; - срок службы печатающей головки, картриджа, барабана. |
| Плоттер | вывод на бумагу, пленку чертежей, схем, графиков и т.п. | - максимальный размер изображения; - допустимые типы и ширина линий (сплошные, штрих-пунктирные и пр.); - набор используемых шрифтов; - скорость рисования |
| Акустическая система (звуковые колонки) | вывод звуковой информации | - количество динамиков; - диапазон выводимых частот; - выходная мощность. |