Функціонально структурна організація персонального комп'ютера. Функціональна структура комп'ютера. Алгоритм може бути призначений для виконання його людиною або автоматичним пристроєм

Основні блоки ПК та їх призначення

Поняття архітектури і структури

Архітектура комп'ютера визначається сукупністю її властивостей, істотних для користувача. Основна увага при цьому приділяється структурі і функціональним можливостям ПК, які поділяють на основні та додаткові.

Основні функції визначають призначення ЕОМ: обробка і зберігання інформації, обмін інформацією з зовнішніми об'єктами. Додаткові функції підвищують ефективність виконання основних функцій: забезпечують ефективні режими її роботи, діалог з користувачем, високу надійність і ін. Названі функції ЕОМ реалізуються за допомогою її компонентів: апаратних і програмних засобів.

Структура комп'ютера - це деяка модель, що встановлює склад, порядок і принципи взаємодії, що в неї входять.

Персональний комп'ютер - це настільна або переносна ЕОМ, і універсальності застосування. Переваги ми ПК є:

1. низька ціна, яка перебуває в межах доступності для індивідуального покупця;
2. автономність експлуатації без спеціальних вимог до умов навколишнього середовища;
3. гнучкість архітектури, що забезпечує її адаптивність до різноманітних застосувань у сфері управління, науки, освіти, в побуті;
4. «дружність» операційної системи та іншого програмного забезпечення, що зумовлює можливість роботи з нею користувача без спеціальної професійної підготовки;
5. висока надійність роботи (більше 5 тис. Ч напрацювання на відмову)

Структура персонального комп'ютера

Розглянемо склад і призначення основних блоків ПК стосовно IBM PC-подібним комп'ютерам, яка задовольняє вимоги загальнодоступності.

Мікропроцесор (МП). Це центральний блок ПК, призначений для управління роботою всіх блоків машини і для виконання арифметичних і логічних операцій над інформацією.

До складу МП входять:

1. пристрій управління (УУ) - формує і подає в усі блоки машини в потрібні моменти часу певні сигнали »- w управління (керуючі імпульси), обумовлені специфікою виконуваної операції і результатами попередніх операцій; формує адреси осередків пам'яті, використовуваних виконуваної операцією, і передає ці адреси у відповідні блоки ЕОМ. Опорну послідовність імпульсів УУ отримує від генератора тактових імпульсів;
2. арифметико-логічний пристрій (АЛП) - призначено для виконання всіх арифметичних і логічних операцій над числовою і символьної інформацією (в деяких моделях ПК для прискорення виконання операцій к. АЛУ підключається додатковий математичний сопроцессору;
3. мікропроцесорна пам'ять (МПП) - служить для короткочасного зберігання, запису та видачі інформації, безпосередньо використовується в обчисленнях у найближчі такти роботи машини. МПП будується на регістрах і використовується для забезпечення високої швидкодії машини, бо основна пам'ять (ОП) не завжди забезпечує швидкість запису, пошуку і зчитування інформації, необхідну для ефективної роботи швидкодіючого МП. Регістри - швидкодіючі комірки пам'яті різної довжини (на відміну від осередків ОП, що мають стандартну довжину 1 байт і більш низьку швидкодію);
4. інтерфейсна система мікропроцесора - реалізує сполучення й зв'язок з іншими пристроями ПК; включає в себе внутрішній інтерфейс МП, буферні запам'ятовувальні регістри і схеми управління портами вводу-виводу (ПВВ) і системною шиною. Інтерфейс (interface) - сукупність засобів сполучення і зв'язку пристроїв комп'ютера, що забезпечує їхню ефективну взаємодію. Порт введення-виведення (I / O - Input / Output port) - апаратура сполучення, що дозволяє підключити до мікропроцесора інший пристрій ПК.

Генератор тактових імпульсів. Він генерує послідовність електричних імпульсів; частота генеруючих імпульсів визначає тактову частоту машини.

Проміжок часу між сусідніми імпульсами визначає час одного такту роботи або просто такт роботи машини. Частота генератора тактових імпульсів є однією з основних характеристик персонального комп'ютера і багато в чому визначає швидкість його роботи, бо кожна операція в машині виконується за певну кількість тактів.

Системна шина. Це основна інтерфейсна система ПК, що забезпечує сполучення і зв'язок всіх його пристроїв між собою.

Системна шина включає в себе:

1. кодову шину даних (КШД), що містить проведення й схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів числового коду (машинного слова) операнда;
2. кодову шину адреси (КША), що включає проведення й схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів коду адреси комірки основної пам'яті або порту вводу-виводу зовнішнього пристрою;
3. кодову шину інструкцій (КШИ), що містить проведення й схеми сполучення для передачі інструкцій (керуючих сигналів, імпульсів) у всі блоки машини; шину харчування, що має проведення й схеми сполучення для підключення блоків ПК до системи енергоживлення.

Системна шина забезпечує три напрямки передачі інформації:

- між мікропроцесором і основною пам'яттю;
- між, мікропроцесором і портами введення-виведення зовнішніх пристроїв;
- між основною пам'яттю і портами введення-виведення зовнішніх пристроїв (в режимі прямого доступу до пам'яті).

Всі блоки, а точніше їх порти введення-виведення, через відповідні уніфіковані роз'єми (стики) підключаються до шини одноманітно: безпосередньо або через контролери (адаптери). Управління системною шиною здійснюється мікропроцесором або безпосередньо, або, що частіше, через додаткову мікросхему - контролер шини, яка формує основні сигнали управління. Обмін інформацією між зовнішніми пристроями та системною шиною виконується з використанням ASCII-кодів.

Основна пам'ять (ОП). Вона призначена для зберігання і оперативного обміну інформацією з іншими блоками машини. ОП містить два види пристроїв: постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ) і оперативний пристрій (ОЗУ).

ПЗУ служить для зберігання незмінної (постійної) програмної та довідкової інформації, дозволяє оперативно тільки зчитувати зберігається в ньому інформацію (змінити інформацію в ПЗУ можна).

ОЗП призначений для оперативного запису, зберігання і зчитування інформації (програм і даних), безпосередньо бере участь в інформаційно-обчислювальному процесі, що виконується ПК в поточний період часу. Головними перевагами оперативної пам'яті є її висока швидкодія і можливість звертання до кожної комірки пам'яті окремо (прямий адресний доступ до осередку). Як недолік ОЗУ слід відзначити неможливість збереження інформації в ній після вимикання харчування машини (енергозалежність).

Зовнішня пам'ять. Вона відноситься до зовнішніх пристроїв ПК і використовується для довготривалого зберігання будь-якої інформації, яка може коли-небудь знадобитися для вирішення завдань. Зокрема, у зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера. Зовнішня пам'ять містить різноманітні види запам'ятовуючих пристроїв, але найбільш поширеними, наявними практично на будь-якому комп'ютері, є накопичувачі на жорстких (НЖМД) і гнучких (НГМД) магнітних дисках.

Призначення цих накопичувачів - зберігання великих обсягів інформації, запис і видача інформації, що зберігається за запитом в оперативний пристрій. Розрізняються НЖМД і НГМД лише конструктивно, обсягами інформації, що зберігається і часом пошуку, запису та зчитування інформації.

Як пристрої зовнішньої пам'яті використовуються також пристрої, що запам'ятовують на касетної магнітній стрічці (стримери), накопичувачі на оптичних дисках (CD-ROM - Compact Disk Read Only Memory - компакт-диск з пам'яттю, тільки читається) і ін.

Джерело живлення. Це блок, що містить системи автономного та мережевого енергоживлення ПК.

Таймер. Це Внутримашинное електронний годинник, що забезпечують при необхідності автоматичний з'їм поточного моменту часу (рік, місяць, години, хвилини, секунди і долі секунд). Таймер підключається до автономного джерела живлення - акумулятора і при відключенні машини від мережі продовжує працювати.

Зовнішні пристрої (ВУ). Це найважливіша складова частина будь-якого обчислювального комплексу. Досить сказати, що за вартістю ВУ іноді становлять 50 - 80% всього ПК. Від складу і характеристик ВУ багато в чому залежать можливість і ефективність застосування ПК в системах управління і в народному господарстві в цілому.

ВУ ПК забезпечують взаємодію машини з навколишнім середовищем: користувачами, об'єктами управління та іншими ЕОМ. ВУ вельми різноманітні і можуть бути класифіковані за низкою ознак. Так, за призначенням можна виділити наступні види ВУ:

- зовнішні пристрої, що запам'ятовують (ВЗУ) або зовнішня пам'ять ПК;
- діалогові засоби користувача;
- пристрої введення інформації;
- пристрої виведення інформації;
- засоби зв'язку і телекомунікації.

Діалогові засоби користувача включають в свій склад відеомонітори (дисплеї), рідше пультові друкарські машинки (принтери з клавіатурою) і пристрої мовного введення-виведення інформації.

Відеомонітор (дисплей) - пристрій для відображення вводиться і виводиться з ПК інформації.

Пристрої мовного введення-виведення відносяться до швидко розвиваються засобів мультимедіа. Пристрої мовного введення - це різні мікрофонні акустичні системи, «звукові миші», наприклад, зі складним програмним забезпеченням, що дозволяє розпізнавати вимовлені людиною букви і слова, ідентифікувати їх і закодувати.

Пристрої мовного виведення - це різні синтезатори звуку, що виконують перетворення цифрових кодів в букви і слова, відтворювані через гучномовці (динаміки) або звукові колонки, приєднані до комп'ютера.

До пристроїв введення інформації належать:

· Клавіатура - пристрій для ручного введення числової, текстової та керуючої інформації в ПК;
· Графічні планшети (діджітайзер) - для ручного введення графічної інформації, зображень шляхом переміщення по планшету спеціального покажчика (пера); при переміщенні пера автоматично виконуються зчитування координат його місця розташування і введення цих координат в ПК;
· Сканери (читають автомати) - для автоматичного зчитування з паперових носіїв і введення в ПК машинописних текстів, графіків, малюнків, креслень; в пристрої кодування сканера в текстовому режимі лічені символи після порівняння з еталонними контурами спеціальними програмами перетворюються в коди ASCII, а в графічному режимі лічені графіки і креслення перетворюються в послідовності двовимірних координат;
· Маніпулятори (пристрої вказівки): джойстик - важіль, миша, трекбол - куля в оправі, світлове перо та ін. - для введення графічної інформації на екран дисплея шляхом управління рухом курсору по екрану з подальшим кодуванням координат курсору і введенням їх в ПК;
· Сенсорні екрани - для введення окремих елементів зображення, програм або команд з поліекрана дисплея в ПК.

До пристроїв виведення інформації відносяться:

· Принтери - друкуючі пристрої для реєстрації інформації на паперовий носій;
· Графопостроители (плоттери) - для виведення графічної інформації (графіків, креслень, малюнків) з ПК на паперовий носій; плоттери бувають векторні з кресленням зображення за допомогою пера і растрові: термографічні, електростатичні, струменеві і лазерні. По конструкції плоттери поділяються на планшетні і барабанні. Основні характеристики всіх плотерів приблизно однакові: швидкість креслення - 100 - 1000 мм / с, у кращих моделей можливі кольорове зображення і передача півтонів; найбільша роздільна здатність і чіткість зображення у лазерних плотерів, але вони найдорожчі.

Пристрої зв'язку і телекомунікації використовуються для зв'язку з приладами та іншими засобами автоматизації (согласователі інтерфейсів, адаптери, цифро-аналогові і аналого-цифрові перетворювачі і т.п.) і для підключення ПК до каналів зв'язку, до інших ЕОМ і обчислювальних мереж (мережні інтерфейсні плати, «стики», мультиплексори передачі даних, модеми).

Зокрема мережевий адаптер є зовнішнім інтерфейсом ПК і служить для підключення його до каналу зв'язку для обміну інформацією з іншими ЕОМ, для роботи в складі обчислювальної мережі. У глобальних мережах функції мережного адаптера виконує модулятор-демодулятор (модем).

Багато з названих вище пристроїв відносяться до умовно виділеної групи - засобів мультимедіа.

засоби мультимедіа (Multimedia - «многосредовость») - це комплекс апаратних і програмних засобів, що дозволяють людині спілкуватися з комп'ютером, використовуючи найрізноманітніші, природні для себе середовища: звук, відео, графіку, тексти, анімацію та ін.

До засобів мультимедіа відносяться пристрої мовного введення і виведення інформації: широко поширені вже зараз сканери (оскільки вони дозволяють автоматично вводити в комп'ютер друковані тексти та малюнки); високоякісні відео - (video-) і звукові (sound-) плати, плати відеозахвату (videograbber), що знімають зображення з відеомагнітофона або відеокамери і вводять його в ПК; високоякісні акустичні та відеозаписів системи з підсилювачами, звуковими колонками, великими відеоекранами. Але, мабуть, ще з більшими підставами до засобів мультимедіа відносять зовнішні запам'ятовуючі пристрої великої ємності на оптичних дисках, часто використовувані для запису звукової та відеоінформації.

Вартість компактних дисків (CD) при їх масовому тиражуванні невисока, а з огляду на їх велику ємність (650 Мбайт, а нових типів - 1 Гбайт і вище), високі надійність і довговічність, вартість зберігання інформації на CD для користувача виявляється незрівнянно меншою, ніж на магнітних дисках. Це вже призвело до того, що більшість програмних засобів самого різного призначення поставляється на CD На компакт-дисках за кордоном організовуються великі бази даних, цілі бібліотеки; на CD представлені словники, довідники, енциклопедії; навчальні та розвиваючі програми із загальноосвітніх і спеціальних предметів.

CD широко використовуються, наприклад, при вивченні іноземних мов, правил дорожнього руху, бухгалтерського обліку, законодавства взагалі і податкового законодавства зокрема. І все це супроводжується текстами і малюнками, мовною інформацією і мультиплікацією, музикою і відео. У чисто побутовому аспекті CD можна використовувати для зберігання аудіо- і відеозаписів, тобто використовувати замість плейерних аудіокасет і відеокасет. Слід згадати, звичайно, і про велику кількість програм комп'ютерних ігор, які зберігаються на CD.

Таким чином, CD-ROM відкриває доступ до величезних обсягів різноманітної і по функціональному призначенню, і по середовищі відтворення інформації, записаної на компакт-дисках.

додаткові схеми. До системної шини і до МП ПК поряд з типовими зовнішніми пристроями можуть бути підключені і деякі додаткові плати з інтегральними мікросхемами, що розширюють і поліпшують функціональні можливості мікропроцесора: математичний співпроцесор, контролер прямого доступу до пам'яті, співпроцесор введення-виведення, контролер переривань та ін.

Математичний співпроцесор широко використовується для прискореного виконання операцій над двійковими числами з плаваючою комою, над двійковій-кодованими десятковими числами, для обчислення деяких трансцендентних, в тому числі тригонометричних, функцій. Математичний співпроцесор має свою систему команд і працює паралельно (суміщення в часі) з основним МП, але під керуванням останнього. Прискорення операцій відбувається в десятки разів. Моделі МП, починаючи з МП 80486 DX, включають співпроцесор в свою структуру.

Контролер прямого доступу до пам'яті звільняє МП від прямого управління накопичувачами на магнітних дисках, що істотно підвищує ефективну швидкодію ПК. Без цього контролера обмін даними між ВЗП І ОЗУ здійснюється через регістр МП, а при його наявності дані безпосередньо передаються між ВЗП і ОЗУ, минаючи МП

Співпроцесор введення-виведення за рахунок паралельної роботи з МП значно прискорює виконання процедур введення-виведення при обслуговуванні декількох зовнішніх пристроїв (дисплей, принтер, НЖМД НГМД та ін.): Звільняє МП від обробки процедур введення-виведення, в тому числі реалізує і режим прямого доступу до пам'яті.

Найважливішу роль відіграє в ПК контролер переривань.

переривання - тимчасовий останов виконання однієї програми з метою оперативного виконання іншої, в даний момент більш важливою (пріоритетної) програми.

Переривання виникають при роботі комп'ютера постійно. Досить сказати, що всі процедури введення-виведення інформації виконуються по перериваннях, наприклад, переривання від таймера виникають і обслуговуються контролером переривань 18 разів в секунду (природно, користувач їх не помічає).

Контролер переривань обслуговує процедури переривання, приймає запит на переривання від зовнішніх пристроїв, визначає рівень пріоритету цього запиту і видає сигнал переривання в МП. МП, отримавши цей сигнал, припиняє виконання поточної програми і переходить до виконання спеціальної програми обслуговування того переривання, яке запросило зовнішній пристрій. Після завершення програми обслуговування відновлюється виконання перерваної програми. Контролер переривань є програмованим.

Будь-який біологічний об'єкт (людина, тварина, комаха) в процесі своєї життєдіяльності повинен адекватно реагувати на дії з боку об'єктів навколишнього його світу. Це можливо тільки при наявності у біологічних об'єктів органів, що реалізують необхідні функції роботи з інформацією (даними) (Рис. 18.1.).

Функції об'єкта, що реалізує обробку даних

Мал. 18.1.

Введення (прийом) даних (інформаціі0 від іншого об'єкта;
Зберігання даних (інформації);
Обробка даних (інформації);
Висновок (передача) даних (інформації) іншого об'єкта.

Людина створила подібні собі пристрої, але не в сенсі зовнішнього вигляду, а в сенсі реалізації тих же функцій, необхідних для роботи з інформацією.

18.1. Функції комп'ютера, як системи обробки даних

Мал. 18.1.1.

На малюнку 18.1.1. представлена \u200b\u200bсхема антиблокувальної системи гальмування (АСТ). Очевидно, що управління будь-яким об'єктом засноване на особливостях функціонування цього об'єкта управління. Управління полягає в тому, що об'єкт управління перекладається в різні стани за допомогою встановленої на комп'ютері програми управління. Сенс АСТ полягає в тому, щоб колесо автомобіля завжди оберталося. При блокуванні колеса виникне некероване кермом рух автомобіля.

Водій при гальмуванні натискає на педаль гальма. Завдання АСТ: не допустити блокування колеса.

Перша функція (введення) полягає в тому, що аналогові сигнали від датчика обертання колеса перетворюються в цифрові сигнали (коди) і вводяться в пам'ять комп'ютера. Друга функція (зберігання) полягає в тому, що збережені в пам'яті коди стану колеса сприймаються програмою управління. Якщо код відповідає обертанню колеса, система управління «мовчить». Якщо код відповідає стану колеса «нерухомість», програма формує код управління, який видається (функція виведення) на ЦАП. Цей код перетвориться ЦАП в напругу і сприймається АСТ як керуючий вплив «послабити гальмівне зусилля». АСТ послаблює гальмівне зусилля, і колесо починає обертатися.

Аналіз цієї схеми показує, що комп'ютер можна розглядати, як пристрій обробки даних, тому що в цьому пристрої реалізуються всі 4 функції. Однак необхідно відзначити, що ці функції реалізуються за допомогою апаратних і програмних засобів. Очевидно, що власне завдання управління електронним мікроскопом реалізована програмою. Апаратура відіграє допоміжну роль. Саме з цієї причини говорять про апаратно програмних керуючих засобах.

На малюнку 18.1.2. представлено більш складне апаратно-програмний засіб.

Мал. 18.1.2.

В даній схемі управління електронним мікроскопом в контурі управління присутній чоловік. Сигнали про досліджуваний об'єкт перетворюються в коди, і виводяться на пристрій відображення (дисплей). Людина, розглядаючи зображення об'єкта, може керувати електронним мікроскопом, видаючи йому команди: збільшити зображення (наблизити об'єктив мікроскопа до об'єкта), зменшити зображення, перемістити об'єктив вправо і т.д. Команди людини перетворюються програмою в керуючі коди, які, в свою чергу, перетворюються ЦАП в сигнали різної напруги. Сигнали сприймаються органами управління електронним мікроскопом, і він виконує задані користувачем команди.

Аналіз двох малюнків показує, що комп'ютер може функціонувати без такого пристрою, як дисплей. Дисплей можна розглядати як пристрій відображення, а також як пристрій виведення інформації. Введення інформації людиною здійснюється за допомогою клавіатури.

Функціональний пристрій комп'ютера: апаратний засіб, що реалізує конкретну функцію комп'ютера.

Магістрально-модульний принцип організації комп'ютера: всі функціональні елементи комп'ютера з'єднуються один з одним за допомогою загальної (системної) магістралі (шини) і обмінюються один з одним даними через це функціональний пристрій (Рис. 18.1.3.).

Склад системної магістралі:

шина даних;
шина адреси;
шина управління.

Мал. 18.1.3.

Ми вже розглядали процес виконання програми. Процесор повинен звернутися до ОП за черговий командою, потім процесор повинен звернутися до ОП для вибірки операндів і, нарешті, процесор повинен звернутися до ОП для запису результату виконання операції над операндами. Якщо в процесі виконання програми необхідно виконати операції вводь або виведення, то тільки розробник програми знає момент початку цих операцій. Це означає, що в складі системи команд можуть бути не тільки арифметичні і логічні команди, а й команди управління пристроями. Висновок: первинним джерелом обміну двох пристроїв між собою є процесор, який виконує команду програми. Процесор видає на шину адреси (ША) адреси пристроїв (абонентів), між якими повинен відбутися обмін даними. Абоненти за допомогою сигналів управління по шині управління повинні узгодити свої дії. Дані, природно, повинні передаватися по шині даних. На малюнку 18.1.4. представлена \u200b\u200bв узагальненому вигляді функціональна структура комп'ютера.

Мал. 18.1.4.

процесор:функціональний пристрій, що виконує команди програми.

Пам'ять комп'ютера: функціональний пристрій, що забезпечує зберігання даних, представлених в електронному вигляді.

Процесор не має функцію зберігання. З цієї причини, як було вже раніше розглянуто, процесор постійно повинен звертатися до пам'яті. У кожному циклі між процесором і пам'яттю відбувається обмін 1 словом. Очевидно, що пам'ять має бути такою ж швидкістю роботи (швидкодією), як і процесор. Були знайдені технічні елементи, які мають швидкодією, близьким до швидкодії процесора. Однак ці елементи мають 2 недоліки. Перший недолік: збережені в цій пам'яті дані пропадають при відключенні харчування. Другий недолік відноситься до сфери економіки: ці пристрої досить дорогі. Тому в сучасних комп'ютерах існує 2 рівня пам'яті. Перший рівень - оперативна пам'ять (ОП). Саме тільки з нею обмінюється даними процесор під час виконання програми.

Пам'ять другого рівня становить жорсткий магнітний диск (ЖМД). Це повільне пристрій. Воно обмінюється даними з ОП і іншими функціональними елементами комп'ютера. Якщо простежити розвиток персональних комп'ютерів, то можна бачити постійне зростання обсягів оперативної пам'яті. Це пов'язано також з економічним фактором: у міру збільшення випуску, розвитку технологій виробництва елементної бази модулі оперативної пам'яті стають все дешевше. Еволюція обсягів ОП: 128 кб, 256 кб, 512 кб, 1 мб, 128 мб, 256 мб, 512 мб, 1 гб, 2 гб і т.д.

У кожному циклі ОП обмінюється з процесором 1 словом. У кожному циклі ОП обмінюється з ЖМД блоком, що складається з декількох слів (Рис. 18.1.5.).

Ядро комп'ютера:набір функціональних пристроїв, що реалізують функції зберігання і обробки. До складу ядра комп'ютера входять: процесор, оперативна пам'ять, ЖМД.

Мал. 18.1.5.

Примітка. Зверніть увагу, поняття «ядро комп'ютера» є функціональним, а не технічним (формальним). Прикладом формального підходу є поділ пам'яті на внутрішню і зовнішню. Внутрішньої вважається оперативна пам'ять, зовнішній - довгострокова. Критерієм такого поділу є формальна здатність пристроїв пам'яті зберігати інформацію після відключення живлення. У той же час при цій класифікації не пояснюються поняття «внутрішня» і «зовнішня». Що є тим об'єктом, по відношенню до якого використовуються ці поняття?

Порада. При введенні будь-якої класифікації, необхідно чітко визначати критерій класифікації і всі поняття, що використовуються при описі класифікації.

Решта пристрої є по відношенню до ядра пристроями введення-виведення.

клавіатура є найпростішим пристроєм введення в персональному комп'ютері.

принтер: пристрій виведення даних на паперовий носій.

Для удобстваработи користувача до складу персонального комп'ютера введені графічний маніпулятор і дисплей.

Графічний маніпулятор: функціональний пристрій, що забезпечує переміщення графічного покажчика по екрану дисплея і видачу програмі сигналу на виконання зазначеної графічним покажчиком команди.

Конструктивні реалізації графічного маніпулятора: миша (mouse), трекбол (trackball), прікосновітельная прокладка (touch pad).

Графічний покажчик: значок, за допомогою якого користувач визначає для програм об'єкт, над яким повинна бути виконана зазначена користувачем операція.

дисплей: функціональний пристрій комп'ютера, який забезпечує візуальне відображення на екрані інформації, що дозволяє користувачеві ефективно використовувати можливості комп'ютера.

Як можна бачити, графічний покажчик і дисплей не виконують жодну з 4-х функцій пристрою обробки даних.

Привід флоппі-диска: пристрій введення-виведення для обміну даними із зовнішнім носієм даних на базі флоппі-диска (дискети).

привідCD-диски: пристрій введення-виведення для обміну даними із зовнішнім носієм даних на базі CD-диска.

Базова конфігурація персонального комп'ютера: мінімальний набір функціональних пристроїв, що поставляється покупцю.

Базовий набір змінюється відповідно до технологічними можливостями виробників. В даний час в базову конфігурацію входять: ядро, дисплей, привід CD (DVD) - диска. Привід флоппі-диска вже не завжди поставляється в складі комп'ютера при продажу.

модем: пристрій введення-виведення для обміну даними комп'ютера з каналами аналогових сигналів (перетворення аналогових сигналів в дискретні і навпаки).

Магістрально - модульний принцип організації комп'ютера об'єднує функціональний і конструктивний аспекти організації комп'ютера.

модуль: функціональний елемент комп'ютера, реалізований у вигляді певної конструкції.

Наприклад, процесор реалізований на мікросхемі, яка конструктивно оформлена у вигляді паралелепіпеда з безліччю контактів для електричного з'єднання з іншими функціональними елементами і вставляється в роз'єм. Привід CD-диска, DVD-диска, жорсткий магнітний диск виконані у вигляді параллелепіпедов- коробочок.

Комп'ютер, як технічна система, повинен мати в своєму складі модулі, що реалізують допоміжні функції: охолодження різних пристроїв (примусове), захист людини від опромінення, з'єднання всіх модулів у вигляді зручної для установки і перенесення конструкції (складальні елементи).

Кожне функціональне пристрій може бути реалізовано на різних фізичних принципах і мати різне конструктивне виконання. Збірка комп'ютера виконується шляхом установки і закріплення модулів в складальних елементах. Ремонт комп'ютера виконується на рівні заміни модулів.

Складальні елементи персонального комп'ютера: системний блок, материнська плата, корпус дисплея, корпус модему.

18.2. Призначення контролера функціонального пристрою

У сучасних персональних комп'ютерах кожне функціональне пристрій комп'ютера підключається до системної магістралі (Рис. 18.2.1.).

Мал. 18.2.1.

Щоб можна було керувати функціональним пристроєм, видавати йому команди, отримувати від нього інформацію про результати виконання команд, при необхідності видавати йому дані або приймати від нього дані, між ним і системної магістраллю повинен відбуватися обмін сигналами, як керуючими, так і інформаційними. Природно, обмін цими сигналами повинен відбуватися за певними правилами.

інтерфейс: правила взаємодії між собою технічних або програмних засобів.

У зв'язку зі збільшенням попиту на комп'ютери виникли нові фірми-розробники. Результатом їх роботи стала поява комп'ютерних платформ і сімейств комп'ютерів з різними інтерфейсами у системних магістралей. При цьому виробники функціональних пристроїв опинилися в складній ситуації. Їм доводилося випускати різні промислові вироби, що володіють однаковими функціями. Для зниження виробничих витрат було знайдено наступне рішення. Функціональний пристрій розділяється на 2 частини (Рис. 18.2.2.). Перша частина має всі необхідні функції і має базовий постійний інтерфейс. Ця частина найбільш складна і, як правило, визначає вартість всього функціонального пристрою. Друга частина, яка називається контролером, Забезпечує лише узгодження базового апаратного інтерфейсу функціонального пристрою з інтерфейсом системної магістралі конкретної комп'ютерної платформи.

Таким чином, виробник може випускати одне складне виріб і кілька простих, які забезпечують застосування одного складного пристрою в комп'ютерах з різними інтерфейсами системних магістралей.

Мал. 18.2.2.

Стосовно до дисплеям ця ідея була розвинена (Рис. 18.2.3.). Контролер - відеоадаптер (видеоконтроллер) є настільки складним виробом, що випускається третіми виробниками, але його інтерфейс з дисплеями стандартизований. З цієї причини виробники дисплеїв не випускають відеоконтролерів.

1. Основні блоки персонального комп'ютера і їх призначення.

2. Характеристика зовнішніх пристрої персонального комп'ютера.

1. Основні блоки персонального комп'ютера і їх призначення Поняття архітектури і структури пк

Персональний комп'ютер(Персональна ЕОМ, ПК, ПЕОМ))- це настільна або переносна ЕОМ, що задовольняє вимогам загальнодоступності і універсальності застосування.

Можливості ПК визначаються складом і характеристиками його функціональних блоків (рис. 1).

архітектура ПКвизначається сукупністю його властивостей, істотних для користувача. Основна увага при цьому приділяється структурі і функціональним можливостям машини, що поділяються на основні та додаткові.

Основні функціївизначають призначення ПК: обробка і зберігання інформації, обмін інформацією з зовнішніми об'єктами.

Додаткові функціїпідвищують ефективність виконання основних функцій: забезпечують ефективні режими роботи, діалог з користувачем, надійність і ін. Зазначені функції ПК реалізуються за допомогою апаратних і програмних засобів.

перевагами ПКє:

відносно мала вартість для індивідуального користувача;

автономність експлуатації без спеціальних вимог до умов навколишнього середовища;

велика різноманітність номенклатури технічних засобів, що використовують останні досягнення науки; гнучкість архітектури, що забезпечує її адаптивність до різноманітних застосувань у сфері управління, науки, освіти, в побуті;

модульний пристрій і інтеграція компонентів, можливість легкої модернізації, в тому числі силами самих користувачів;

наявність величезної кількості програм, що охоплюють практично всі сфери людської діяльності; «Дружність» операційної системи та іншого програмного забезпечення, що зумовлює можливість роботи користувача без спеціальної професійної підготовки;

відносно високі можливості з переробки різноманітної інформації при високій надійності роботи.

структура комп'ютера- це модель, що встановлює склад, порядок і принципи взаємодії вхідних в ПК компонентів.

У складі ПК виділяються дві основні компоненти:

апаратна (технічна) частина ( hardware);

програмне забезпечення ( software).

Апаратна частина ПК в типовій конфігурації включає (див. Рис. 1):

системний блок: Центральний процесор, блоки оперативної пам'яті, блок живлення, жорсткий диск, дисководи для дискет, дисковод для компакт-дисків (CD, DVD), контролери пристроїв, звукова і графічна карта і ін .;

пристрої введення та управління: Клавіатура, миша, сканер і т.д .;

пристрою виведення: Монітор, принтер, плоттер і ін .;

додаткові пристрої: Модем, мережеві пристрої, звукові колонки і т.п.

У системному блоці розташовується сама великий електронна плата - системна(або материнська) Плата, на якій знаходяться: центральний процесор, оперативна і кеш-пам'ять, шини, BIOS (базова система введення-виведення) і деякі контролери.

З труктурная схема ПК наведена на рис. 2.

Розглянемо склад ПК, призначення та характеристики його основних блоків.

Мікропроцесор (МП)- центральний блок ПК, розташований на системній платі і призначений для виконання арифметичних і логічних операції над інформацією, а також управління роботою всіх блоків машини. До його складу входять:

пристрій керування(УУ), Яке формує і подає в усі блоки ПК в потрібні моменти часу сигнали управління, зумовлені специфікою виконуваної операції і результатами попередніх операцій. Опорну послідовність імпульсів пристрій керування одержує від генератора тактових імпульсів;

арифметико-логічний пристрій(АЛУ), Призначене для виконання всіх арифметичних і логічних операцій над числовою і символьної інформацією;

мікропроцесорна пам'ять(МПП) і внутрішня кеш-пам'ять, Службовці для короткочасного зберігання, запису та видачі інформації, безпосередньо використовується в обчисленнях у найближчі такти роботи машини. МПП будується на регістрах і використовується для забезпечення високої швидкодії машини. Внутрішня кеш-пам'ять забезпечує узгодження швидкості роботи АЛУ і обміну даними з основною пам'яттю;

інтерфейсна система МПреалізує сполучення й зв'язок з іншими пристроями ПК і включає внутрішній інтерфейс * МП, буферні запам'ятовувальні регістри і схеми управління портами введення-виведення * * (ЗВР) і системною шиною.

чіпсетсистемної плати - набір мікросхем, що керують процесором, оперативною пам'яттю і ПЗУ, кеш-пам'яттю, системними шинами і інтерфейсами передачі даних, а також рядом периферійних пристроїв. Зазвичай складається з декількох спеціалізованих інтегральних мікросхем ( ASIC-application-specific integration circuits), Як правило, від однієї до чотирьох, випущених одним виробником. Чіпсети конструктивно прив'язані до типу використовуваного МП.

Генератор тактових імпульсів (ГТВ)виробляє послідовність електричних імпульсів, частота повторення яких визначає тактову частоту машини. Частота генератора тактових імпульсів є однією з основних характеристик ПК і багато в чому визначає швидкість його роботи, так як кожна операція в машині виконується за певну кількість тактів.

системна шина- основна інтерфейсна система ПК, що забезпечує сполучення і зв'язок всіх пристроїв між собою. Вона містить в собі:

кодову шину даних(КШД), Що забезпечує паралельну передачу всіх розрядів числового коду (машинного слова) операнда;

кодову шину адреси(КША), Що забезпечує паралельну передачу всіх розрядів коду адреси комірки основної пам'яті або порту вводу-виводу зовнішнього пристрою;

кодову шину інструкцій(КШИ), Що забезпечує передачу інструкцій (керуючих сигналів, імпульсів) у всі блоки ПК;

шину харчування, Що має проведення й схеми сполучення для підключення блоків ПК до системи енергоживлення.

Системна шина забезпечує три напрямки передачі інформації:

1) між МП і основний пам'яттю;

2) між МП і портами введення-виведення зовнішніх пристроїв;

3) між основною пам'яттю і портами введення-виведення зовнішніх пристроїв (в режимі прямого доступу до пам'яті).

Всі блоки через порти введення-виведення, через відповідні уніфіковані роз'єми (стики) підключаються до шини одноманітно: безпосередньо або через контролери (адаптери). Управління системною шиною здійснюється МП або безпосередньо, або через додаткову мікросхему - контролер шини, Яка формує основні сигнали управління. Обмін інформацією між зовнішніми пристроями та системною шиною виконується з використанням ASCII-кодів.

Основна пам'ять (ОП)призначена для зберігання і оперативного обміну інформацією з іншим блоками ПК. Вона містить:

постійний запам'ятовуючий пристрій(ПЗУ), Що служить для зберігання незмінної (постійної) програмної та довідкової інформації. Дозволяє оперативно тільки зчитувати зберігається в ньому інформацію. До ПЗУ відносяться мікросхема BIOS(Basic Input- Output System- базова система введення / виведення), в якій зберігаються програми перевірки обладнання ПК, налаштування конфігурації комп'ютера, установки деяких характеристик пристроїв, ініціювання завантаження операційної системи і виконання базових функцій з обслуговування пристроїв ПК, а також мікросхема CMOS, Що зберігає параметри конфігурації ПК і керуюча системним годинником;

оперативний пристрійабо оперативна пам'ять(ОЗУ,ОП), Призначене для оперативного запису, зберігання і зчитування інформації (програм і даних), безпосередньо бере участь в інформаційно-обчислювальному процесі, що виконується ПК в поточний період часу. Ця пам'ять є електрозавісімий, тобто після вимкнення живлення інформація в ОЗУ стирається. Головними перевагами ОП є її висока швидкодія і можливість звертання до кожної комірки пам'яті окремо (прямий адресний доступ до осередку) .;

зовнішня кеш-пам'ять- високошвидкісна пам'ять, що є буфером між ОП і МП і дозволяє збільшити швидкість виконання операцій. Регістри кеш-пам'яті недоступні для користувача. У кеші зберігаються дані, які МП отримав і буде використовувати в найближчі такти своєї роботи, а також часто використовувані фрагменти програми.

зовнішня пам'ятьвикористовується для довготривалого зберігання будь-якої інформації, яка може коли-небудь знадобитися для вирішення завдань. Як правило, у зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення ПК. Зовнішня пам'ять містить різноманітні види запам'ятовуючих пристроїв, до найбільш поширених з яких відносяться накопичувачі на жорстких(НЖМД) і гнучких(НГМД) Магнітних дисках.

Призначення цих накопичувачів - зберігання великих обсягів інформації, запис і видача інформації, що зберігається за запитом в ОП. Розрізняються НЖМД і НГМД лише конструктивно, обсягами інформації, що зберігається і часом пошуку, запису та зчитування інформації.

Як пристрої зовнішньої пам'яті використовуються також пристрої, що запам'ятовують на касетної магнітній стрічці ( стримери), Накопичувачі на оптичних дисках ( CD–Compact Disk- компакт диск, DVD–Digital Versatile Disc- цифровий багатоцільовий диск) і ін.

Джерело живлення- блок, що містить системи автономного та мережевого енергоживлення ПК.

таймер- Внутримашинное електронний годинник, що забезпечують при необхідності автоматичний з'їм поточного моменту часу (рік, місяць, години, хвилини, секунди і долі секунд). Таймер підключається до автономного джерела живлення - акумулятора і при відключенні машини від мережі продовжує працювати.

Зовнішні пристрої (ВУ)забезпечують взаємодію користувача ПК з навколишнім середовищем. До них відносяться:

діалогові засоби користувача:

відеомонітори(дисплеї) - пристрої відображення введеної і виведеної інформації;
пристрою мовного введення-виведення інформації- мікрофонні акустичні системи; «Звукові миші», що дозволяють розпізнавати вимовлені людиною букви і слова, ідентифікувати їх і кодувати; синтезатори звуку, що виконують перетворення цифрових кодів в букви і слова, відтворювані через гучномовці (динаміки) або звукові колонки;

пристрої введення інформації:

клавіатура- пристрій для ручного введення числової, текстової та керуючої інформації в ПК;
маніпулятори(Пристрої вказівки): джойстик- важіль; миша,трекбол- куля в оправі, світлове перота ін. - для введення графічної інформації на екран дисплея шляхом управління рухом курсору по екрану з подальшим кодуванням координат курсору і введенням їх в ПК;
графічні планшети(дигітайзери) - для ручного введення графічної інформації, зображень шляхом переміщення по планшету спеціального покажчика (пера) (при переміщенні пера автоматично виконуються зчитування координат його місця розташування і введення цих координат в ПК);
сканери- для автоматичного зчитування з паперових носіїв і введення в ПК машинописних текстів, графіків, малюнків, креслень;
сенсорні екрани- для введення окремих елементів зображення, програм або команд з поліекрана дисплея в ПК.

пристрої виведення інформації:

принтери- друкують устрою для реєстрації інформації на паперовий носій;
графопостроители(плоттери) - для виведення графічної інформації (графіків, креслень, малюнків) з ПК на паперовий носій;
звукові колонки- для виведення звукової інформації з ПК.

пристрою зв'язку і телекомунікації, Використовувані для організації взаємодії з приладами та іншими засобами автоматизації (согласователі інтерфейсів, адаптери, цифро-аналогові і аналого-цифрові перетворювачі і т.п.), а також для підключення ПК до каналів зв'язку, до інших ЕОМ і обчислювальних мереж (мережні інтерфейсні плати, «стики», мультиплексори передачі даних, модеми).

До системної шини поряд з типовими зовнішніми пристроями можуть бути підключені додаткові плати з інтегральними мікросхемами, що розширюють і поліпшують функціональні можливості мікропроцесора: контролер прямого доступу до пам'яті, контролер переривань, відеоадаптер, звукова карта і ін.

Вступ
3

1. Загальна структура персонального комп'ютера
4

1.1. Основи архітектури ЕОМ 4

1.2. структура ПК
6

2. Характеристики основних модулів ПК
8

2.1. Материнська плата 8

2.2. процесор 9

2.3. пам'ять 11

2.4. вінчестер 12

2.6. монітор 14

2.7. маніпулятори 14

висновок 15

Список використаної літератури 16

Вступ

Сучасні комп'ютери масового застосування - персональні комп'ютери мають досить складну структуру, яка визначає взаємозв'язок між апаратними засобами в технічній системі, званої комп'ютером. В процесі еволюції апаратних і програмних засобів змінювалася і структура персонального комп'ютера, однак без змін залишилися поки основні принципи його структурної організації, сформульовані видатним математиком, професором Прінстонського університету США Джоном фон Нейманом (1903-1957) і його колегами в 1946 р

Сутність цих принципів зводиться до наступного:

Інформація представляється (кодується) і обробляється (виконуються обчислювальні і логічні операції) в двійковій системі числення, інформація розбивається на окремі машинні слова, кожне з яких обробляється в комп'ютері як єдине ціле;

Машинні слова, що представляють дані (числа) і команди (визначають найменування задаються операцій), розрізняються за способом використання, але не за способом кодування;

Машинні слова розміщуються і зберігаються в комірках пам'яті комп'ютера під своїми номерами, званими адресами слів;

Послідовність команд (алгоритм) визначає найменування вироблених операцій і слова (операнди), над якими виробляються ці операції, при цьому алгоритм, поданий у формі операторів машинних команд, називається програмою;

Порядок виконання команд однозначно задається програмою.

1. Загальна структура персонального комп'ютера

1.1. Основи архітектури ЕОМ

Складові частини, з яких складається комп'ютер, називають модулями. Серед всіх модулів виділяють основні модулі, без яких робота комп'ютера неможлива, і інші модулі, які використовуються для вирішення різних завдань: введення і виведення графічної інформації, підключення до комп'ютерної мережі і т.д.

В основу побудови більшості ЕОМ покладені принципи, сформульовані в 1945 р Джоном фон Нейманом:

1 . Принцип програмного управління (Програма складається з набору команд, які виконуються процесором автоматично один за одним в заданій послідовності).

2 . Принцип однорідності пам'яті (Програми і дані зберігаються в одній і тій же пам'яті; над командами можна виконувати такі ж дії, як і над даними).

3 . принцип адресності (Основна пам'ять структурно складається з пронумерованих осередків).

ЕОМ, побудовані на цих принципах, мають класичну архітектуру (Рис.1).

Мал. 1. Класична структура комп'ютера

де, АЛУ (арифметико-логічний пристрій) - виконує арифметичні і логічні операції над інформацією, представленою в двійковому коді, т. е. забезпечує виконання процедур по обробці даних;

УУ (пристрій управління) - організовує процес виконання програм;

ЗУ (пристрої) - призначено для розміщення та зберігання послідовності команд (програм) і даних;

УВВ (пристрої введення-виведення) - забезпечують введення і виведення даних з комп'ютера для встановлення прямого і зворотного зв'язку між користувачем і комп'ютером;

За допомогою будь-якого пристрою введення в ЗУ вводиться програма. УУ зчитує вміст комірки пам'яті ЗУ, де знаходиться перша команда, і організовує її виконання. Ця команда може задавати виконання арифметичних і логічних операцій над даними за допомогою АЛП, читання з пам'яті даних для виконання цих операцій, висновок даних на пристрій виводу і т. Д. Потім виконується друга команда, третя і т. Д. УУ виконує інструкції програми автоматично .

1.2. структура ПК

Мал. 2. Загальна структура ПК

Персональні комп'ютери зазвичай складаються з наступних основних модулів, представлених на малюнку 3.

Системний блок Монітор Клавіатура миша
Мал. 3. Основні модулі ПК

Мал. 4. Комп'ютер в компактному виконанні (notebook)
У системному блоці знаходяться всі основні вузли комп'ютера:

материнська плата;

електронні схеми (процесор, контролери пристроїв і т.д.);

блок живлення;

дисководи (накопичувачі).

2. Характеристики основних модулів ПК

2.1. Материнська плата

Материнська (системна, головна) плата є центральною частиною будь-якого комп'ютера. На материнській платі розміщуються в загальному випадку центральний процесор, співпроцесор, контролери, які забезпечують зв'язок центрального процесора з периферійними пристроями, оперативна пам'ять (RAM), кеш-пам'ять, елемент ROM-BIOS (базової системи введення / виводу), акумуляторна батарея, кварцовий генератор тактовою частоти і слоти (Роз'єми) для підключення інших пристроїв.

Мал. 6. Материнська плата

Загальна продуктивність материнської плати визначається не тільки тактовою частотою, А й кількістю ( розрядністю) даних, Оброблюваних в одиницю часу центральним процесором, а також розрядністю шини обміну даних між різними пристроями материнської плати.

За функціональним призначенням шини діляться на:

шину даних;

адресну шину;

шину управління.

за шині даних відбувається обмін даними між центральним процесором, картами розширення і пам'яттю. Розрядність шини даних варіюється від 8-ми бітів (зараз не використовується) до 64-х бітів в материнських платах сучасних PC.

за адресній шині відбувається адресація осередків пам'яті, в які проводиться запис даних.

за шині управління або системної шині відбувається передача сигналів між центральним процесором і периферією. На материнській платі системна шина закінчується слотами для установки інших пристроїв. Адресні шини і шини даних іноді займають одні й ті ж фізичні провідники.

В даний час існує декілька стандартів шин: ISA (Industry Sland art Architecture), MCA (MicroChannel Architecture), EISA (Extended ISA), VESA (Video Electronics SlandarlAssollallon), PCI (Peripheral Component Interconnect), USB (Universal Serial BUS).

Архітектура материнських плат постійно вдосконалюється: збільшується їх функціональна насиченість, підвищується продуктивність. Стало стандартом наявність на материнській платі таких вбудованих пристроїв, як двоканальний E-IDE-контролер HDD (жорстких дисків), контролер FDD (гнучких (floppy) дисків), вдосконаленого паралельного (LPT) і послідовного (COM) портів, а також послідовного інфрачервоного порту .

порт - багаторозрядних вхід або вихід в пристрої.

2.2. процесор

У загальному випадку під процесором розуміють пристрій, що виробляє набір операцій над даними, представленими в цифровій формі (двійковим кодом). Стосовно до обчислювальної техніки під процесором розуміють центральне процесорний пристрій (CPU), Що володіє здатністю вибирати, декодувати і виконувати команди а також передавати і приймати інформацію від інших пристроїв. Простіше кажучи, процесор - це електронна схема, що виконує обробку інформації.

Виробництво сучасних персональних комп'ютерів почалися тоді, коли процесор був виконаний у вигляді окремої мікросхеми.

Кількість фірм, що розробляють і виробляють процесори для IBM-сумісних комп'ютерів, невелика. В даний час відомі: Intel, Cyrix, AMD, NexGen, Texas Instrument.

Крім процесорів, які складають основу IBM-сумісних персональних комп'ютерів, існує цілий клас процесорів, що складають паралельну платформу. Серед найвідоміших: персональні комп'ютери американської фірми Apple, для яких використовуються процесори типу Power PC, що мають принципово іншу архітектуру; ПК випускаються фірмою Motorola та ін. Продуктивність персональних комп'ютерів на основі процесорів Power PC значно вище, ніж у IBM-сумісних, тому, незважаючи на значну різницю в ціні, для серйозних професійних додатків їм віддають перевагу.

Продуктивність CPU характеризується наступними основними параметрами:

тактовою частотою;

ступенем інтеграції;

внутрішньої і зовнішньої розрядністю оброблюваних даних;

пам'яттю, до якої може адресуватися CPU.

З бурхливим розвитком мультимедіа додатків перед розробниками процесорів виникли проблеми збільшення швидкості обробки величезних масивів даних, що містять графічну, звукову або відео інформацію. В результаті виникли додатково встановлюються спеціальні процесори DSP.

2.3. пам'ять

Центральний процесор має доступ до даних, що знаходяться в оперативній пам'яті (фізичний пристрій пам'яті називається ОЗУ- оперативний пристрій або RAM - Random Access Memory). Робота комп'ютера з одними програмами починається після того як дані будуть прочитані з зовнішньої пам'яті в ОЗУ.

ОЗУ працює синхронно з центральним процесором і має малий час доступу. Оперативна пам'ять зберігає дані тільки при включеному харчуванні. Відключення живлення призводить до незворотної втрати даних, тому користувачеві, який працює з великими масивами даних протягом тривалого часу, рекомендують періодично зберігати проміжні результати на зовнішньому носії.

За способом реалізації оперативна пам'ять ділиться на динамічну і статичну.

Основними характеристиками ОЗУ є: кількість осередків пам'яті (адреси) і час доступу до інформації, яке визначається інтервалом часу, протягом якого інформація записується в пам'ять або зчитується з неї.

Основою ОЗУ є мікросхеми пам'яті ( chips), Які об'єднуються в блоки (банки) різної конфігурації. При комплектації банків різними мікросхемами необхідно стежити, щоб час доступу у них не відрізнявся більше, ніж на 10 нс.

Для нормального функціонування системи велике значення має узгодження швидкодії центрального процесора і ОЗУ.

Рис.7. Оперативна пам'ять

Кеш-пам'ятьпризначена для узгодження швидкості роботи порівняно повільних пристроїв, таких, наприклад як динамічна пам'ять з швидким мікропроцесором. Використання кеш-пам'яті дозволяє уникнути циклів очікування в його роботі, які знижують продуктивність всієї системи.

За допомогою кеш-пам'яті зазвичай робиться спроба узгодити також роботу зовнішніх пристроїв, наприклад, різних накопичувачів, і мікропроцесора. Відповідний контролер кеш-пам'яті повинен піклуватися про те, щоб команди і дані, які будуть необхідні мікропроцесору в певний момент часу, саме до цього моменту виявлялися в кеш-пам'яті.

2.4. вінчестер

вінчестериабо накопичувачі на жорстких дисках - це зовнішня пам'ять великого обсягу, призначена для довготривалого зберігання інформації, яка об'єднує в одному корпусі сам носій інформації і пристрій запису / читання. У порівнянні з дисководами вінчестери мають ряд дуже цінних переваг: обсяг збережених даних незмірно більше, час доступу у вінчестера на порядок менше. Єдиний недолік: вони не призначені для обміну інформацією (це стосується стаціонарних, тобто вбудованих в корпус комп'ютера вінчестерів, в даний час існують змінні вінчестери).

Фізичні розміри вінчестерів стандартизовані параметром, який називають форм-фактором (form factor).

На малюнку 8 представлені різні жорсткі диски:

Мал. 8. Вінчестери
2.5. клавіатура

Мал. 9. Клавіатура

Вона є основним пристроєм введення інформації в PC, незважаючи на сильну конкуренцію з боку миші. Клавіатура перетворює механічне натискання клавіші в так званий скан-код, який передається в контролер клавіатури на материнській платі.

Контролер в свою чергу инициализирует апаратне переривання, яке обслуговується спеціальною програмою, яка входить до складу ROM-BIOS. При надходженні скан-коду від клавіш зсуву (/) або перемикача (,) зміна статусу клавіатури записується в ОЗУ. У всіх інших випадках скан-код трансформується в ASCII-коди або розширені коди, які вже обробляються прикладною програмою.

За конструктивним виконанням розрізняють наступні види клавіатури: клавіатури з пластмасовими штирями, клавіатури з клацанням, клавіатури на мікроперемикачами або герконах, сенсорні клавіатури. Клавіатури розрізняються також кількістю і розташуванням клавіш. Розрізняють клавіатури типу СГ, AT, MFII.

В даний час існують деякі інші види клавіатур: ергономічні клавіатури, промислові, зі зчитувальних пристроїв штрихового коду, для сліпих, інфрачервоні (бездротові) і т.п.

2.6. монітор

Монітори є найважливішими пристроями відображення інформації. В даний час існує велика різноманітність типів моніторів: Цифрові монітори (TTL), Аналогові монітори, Рідкокристалічні дисплеї (LCD) (рис. 10).

Мал. 10. Монітори

2.7. маніпулятори

До даних пристроїв можна віднести миша, джойстик, трекбол. Дані пристрої управляють курсором і представлені на малюнку 11.

Мал. 11. Пристрої управління курсором

висновок

Таким чином, в системному блоці стаціонарного персонального комп'ютера розміщуються основні компоненти, що забезпечують виконання комп'ютерних програм на апаратному рівні.

Зовнішні пристрої (по відношенню до системного блоку) за функціональним призначенням можна представити у вигляді декількох груп: пристрої введення і виведення інформації, пристрої, що виконують одночасно функції введення і виведення інформації, зовнішні пристрої, що запам'ятовують.

До пристроїв введення інформації належать клавіатура, координатні пристрої вводу (маніпулятори типу миша, трекбол, контактна або сенсорна панель, джойстик), сканер, цифрові камери (відеокамери і фотоапарати), мікрофон.

До пристроїв виведення інформації відносяться монітор, друкують устрою (ПУ, принтер і графічний пристрій), звукові колонки і навушники.

До пристроїв, які виконують функції введення і виведення інформації відносяться мережевий адаптер, модем (модулятор - демодулятор), звукова плата.

До зовнішніх запам'ятовуючим пристроям ставляться: зовнішні накопичувачі на гнучких і жорстких магнітних дисках, зовнішні накопичувачі на оптичних і магнітооптичних дисках, накопичувачі на основі флеш-пам'яті і т. Д.

Список використаної літератури

1. Губарєв В.Г. Програмне забезпечення та операційні системи ПК. М .: Фенікс, 2012. 382 с.

2. Фігурне В. Е. IBM PC для користувача, 6-е видання, перероблене і доповнене. M .: Инфра-М, 2006. 432с.

3. Уїнн Л. Рош. Біблія по модернізації персонального комп'ютера. М .: Тивали-Стиль, 2005. 378 с.

4. Леонтьєв В.П. Новітня енциклопедія персонального комп'ютера 2003. М .: ОЛМА-ПРЕСС, 2009. 957 с.

5. Ібрагім К.Ф. Пристрій і настройка ПК: Переклад з англійської. М .: Біном, 2010. 368 с.

6. Столлінгс У. Структурна організація та архітектура комп'ютерних систем. М .: Вільямс, 2012. 896 с.

7. Леонтьєв Б.К. Upgrade: Посібник з модернізації компонентів персонального комп'ютера. М .: Майор, 2013. 624 с.

8. Шумилин В.К. Посібник з безпечної роботи на персональних комп'ютерах. М .: НЦ ЕНАС, 2011. 28 с.

9. Єрьомін Є.А. Популярні лекції про пристрій комп'ютера. БХВ-Петербург, 2013. 272 \u200b\u200bс.

Основна освітня програма

Господарства Росії. Галузева структура, Функціональна і територіальна структури господарства країни, ... персональними комп'ютерами, І проекторами. Для директора та заступників директора придбані ноутбуки. Загальна чисельність персональних комп'ютерів, ...

Схема ЕОМ, що відповідає програмному принципу управління, логічно випливає з послідовного характеру перетворень, виконуваних людиною за певним алгоритмом (програмі). Узагальнена структурна схема ЕОМ перших поколінь представлена \u200b\u200bна малюнку 2.1.

Малюнок 2.1 Структурна схема ЕОМ перших поколінь

У будь-якій ЕОМ є пристрої введення інформації (УВВ), за допомогою яких користувачі вводять в ЕОМ програми вирішуваних завдань і дані до них. Введена інформація повністю або частково спочатку запам'ятовується в оперативному запам'ятовуючому пристрої (ОЗУ), а потім переноситься у зовнішній пристрій (ВЗУ), призначене для тривалого зберігання інформації, де перетворюється в спеціальний інформаційний об'єкт - файл.

файл - ідентифікована сукупність примірників повністю описаного в конкретній програмі типу даних, що знаходяться поза програмою у зовнішній пам'яті і доступних програмі за допомогою спеціальних операцій.

При використанні файлу в обчислювальному процесі його вміст переноситься в ОЗУ. Потім програмна інформація команда за командою зчитується в пристрій керування.

Пристрій управління (УУ) призначається для автоматичного виконання програм шляхом примусової координації всіх інших пристроїв ЕОМ. Ланцюги сигналів управління показані на малюнку 2.1 штриховими лініями. Викликані з ОЗУ команди дешифрируются пристроєм управління: визначають код операції, яку необхідно виконати наступної, і адреси операндів, які беруть участь у цій операції.

Арифметико-логічний пристрій (АЛП) виконує арифметичні і логічні операції над даними. Основною частиною АЛУ є операційний автомат, до складу якого входять суматори, лічильники, регістри, логічні перетворювачі та ін. Він кожен раз перебудовується на виконання чергової операції. Результати виконання окремих операцій зберігаються для подальшого використання на одному з регістрів АЛУ або записуються в пам'ять.

Як пристрої виведення (УВив) можуть використовуватися екран дисплея, принтер, плотер і ін.

Сучасні ЕОМ мають досить розвинені системи машинних операцій.

Наприклад, ЕОМ типу IBM PC мають кілька сотень різних операцій (їх кількість залежить від типу мікропроцесора). Будь-яка операція в ЕОМ виконується за певною мікропрограмі, яка реалізується в схемах АЛУ відповідної послідовністю сигналів управління (микрокоманд). Кожна окрема мікрокоманда - це найпростіше елементарне перетворення даних типу алгебраїчного додавання, зсуву, перезапису інформації і т.п.

Уже в перших ЕОМ для збільшення їх продуктивності широко застосовувалося суміщення операцій. При цьому послідовні фази виконання окремих команд програми (формування адрес операндів, вибірка операндів, виконання операції, відсилання результату) виконувалися окремими функціональними блоками. У своїй роботі вони утворювали своєрідний конвеєр, а їх паралельна робота дозволяла обробляти різні фази цілого блоку команд.

Цей принцип отримав подальший розвиток в ЕОМ наступних поколінь. Але все ж перші ЕОМ мали дуже сильну централізацію управління, єдині стандарти форматів команд і даних, «жорстке» побудова циклів виконання окремих операцій, що багато в чому пояснює обмежені можливості використовуваної в них елементної бази. Центральне УУ обслуговувало не тільки обчислювальні операції, але і операції введення-виведення, пересилань даних між ЗУ та ін. Все це дозволяло в якійсь мірі спростити апаратуру ЕОМ, але сильно стримувало зростання їх продуктивності.

У ЕОМ третього покоління відбулося ускладнення структури за рахунок розділення процесів введення-виведення інформації та процесу її обробки.

Тісно пов'язані пристрої АЛУ і УУ отримали назву процесор.

У схемі ЕОМ з'явилися додаткові пристрої, які мали такі назви: процесори введення-виведення, пристрій управління обміном інформацією, канал введення-виведення. Останнє отримало найбільше поширення стосовно до великих ЕОМ. Тут намітилася тенденція до децентралізації управління і паралельну роботу окремих пристроїв, що дозволило різко підвищити швидкодію ЕОМ в цілому.

Серед каналів вводу-виводу виділяли мультиплексні канали, здатні обслуговувати велику кількість повільно працюють пристроїв введення-виведення, і селекторні канали, які обслуговують в багатоканальних режимах швидкісні зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ВЗУ).

У персональних комп'ютерах, що відносяться до ЕОМ четвертого покоління, відбулося подальше зміна структури (рисунок 2.2). З'єднання всіх пристроїв в єдину машину забезпечується за допомогою загальної шини, що представляє собою лінії передачі даних, адрес, сигналів керування та живлення. Єдина система апаратурних сполук значно спростила структуру, зробивши її ще більш децентралізованою.

Всі передачі даних по шині здійснюються під керуванням сервісних програм.

Малюнок 2.2 Структурна схема ПК

Ядро ПК утворюють процесор, основна пам'ять (ОП), що складається з оперативної пам'яті і постійного пам'яті (ПЗУ), і відеопам'ять.

ПЗУ призначається для запису і постійного зберігання найбільш часто використовуваних програм управління.

Підключення всіх зовнішніх пристроїв (ВНУ), дисплея, клавіатури, зовнішніх ЗУ та ін., Забезпечується через відповідні адаптери - согласователі швидкостей роботи сполучених пристроїв або контролери - спеціальні пристрої управління периферійної апаратурою. Контролери в ПК грають роль каналів вводу-виводу. В якості особливих пристроїв слід виділити таймер - пристрій вимірювання часу і контролер прямого доступу до пам'яті (ККД) - пристрій, що забезпечує доступ до ОП, минаючи процесор.

Спосіб формування структури ПК є досить логічним і природним стандартом для даного класу ЕОМ.

Центральне місце в структурі ПК займає шина. Шина - це загальний канал зв'язку, який використовується для обміну інформацією між пристроями комп'ютера. У перших ПК вона була представлена \u200b\u200bпросто набором провідників, призначених для передачі даних, адрес, харчування і сигналів управління. У міру розвитку обчислювальної техніки, ускладнення структури комп'ютерів, збільшення швидкодії пристроїв і обсягів даних, що пересилаються, насичення периферії різноманітними пристроями, в тому числі і мультимедійними, єдина шина вже не могла забезпечити ефективної роботи.

У сучасних ПК канал взаємодії пристроїв комп'ютера представлений об'єднанням великої кількості шин, які працюють у відповідності зі старими і новими стандартами. Збереження старих стандартів забезпечує сумісність, тобто можливість роботи з традиційними пристроями, що підключаються до COM- і LPT-портів.

Організацію узгодженої роботи шин і пристроїв виконують мікросхеми системної логіки, звані чіпсетом (Chipset).

Більшість наборів мікросхем системної логіки мають яскраво виражену ієрархічну структуру побудови, що відповідає рівням високошвидкісних і низькошвидкісних пристроїв введення-виведення даних. Для останніх мікропроцесорів Pentium використовується так звана Hub-структура чіпсета. При цьому слово «hub» можна в рівній мірі розуміти як комутатор (пристрій для з'єднання окремих входів з певними виходами) або концентратор (пристрій, що погоджує високошвидкісні канали з менш швидкісними).

У структурі чіпсета за роботу високошвидкісних пристроїв ядра комп'ютера відповідає North Bridge, NB - північний міст (в деяких наборах, наприклад Intel 820, його називають Memory Controller Hub, MCH - контролер пам'яті, він же і графічний контролер для управління відеосистемою через прискорений графічний порт Accelerated Graphics Port, AGP). Канали передачі даних між процесором або двома процесорами, видеопамятью і оперативною пам'яттю мають пропускну здатність понад 1 Гбайт / с.

Низькошвидкісними пристроями введення-виведення даних управляє South Bridge, SB (південний міст). У наборі Intel 820 він називається I / O Controller Hub - контролер, який обслуговує низькошвидкісні пристрої введення-виведення. Саме цей порт узгоджує стандарти обміну даними з різних шинам.

Історія розвитку обчислювальної техніки показала, що найвужчим місцем ЕОМ є зв'язок «процесор-пам'ять». Швидкодія пам'яті багато в чому визначає загальну швидкість послідовних обчислень. Тому потужність самих новітніх мікропроцесорів використовується лише на 25-30%.

З точки зору користувача, бажано мати в ЕОМ оперативну пам'ять великої ємності і високої швидкодії. Однак однорівневе побудова пам'яті не дозволяє одночасно задовольнити цим двом суперечливим вимогам.

Тому пам'ять сучасних ЕОМ будується за багаторівневим, пірамідальним принципом.

У складі процесорів є сверхоператівное пристрій невеликої ємності, утворене декількома десятками регістрів з швидким часом доступу, що становить один такт процесора (наносекунди, нс). Тут зазвичай зберігаються дані, які беруть безпосередню в обробці.

Наступний рівень утворює кеш-пам'ять, Або пам'ять блокнотного типу. Вона є буферною пристрій, призначене для зберігання активних сторінок об'ємом десятки і сотні Кбайт. Кеш-пам'ять, як більш швидкодіюча, призначається для прискорення вибірки команд програми і оброблюваних даних. Тут можлива асоціативна вибірка даних.

Основний обсяг програм користувачів і даних до них розміщується в оперативному запам'ятовуючому пристрої (Ємність - мільйони машинних слів, час вибірки - до 20 тактів процесора).

Частина машинних програм і найбільш часто використовуваних констант, що забезпечують автоматичне керування обчисленнями, може розміщуватися в постійному пристрої, що запам'ятовує (ПЗУ).

На більш низьких рівнях ієрархії знаходяться зовнішні пристрої, що запам'ятовують на магнітних носіях: на жорстких і гнучких магнітних дисках, магнітних стрічках, магнітооптичних дисках і ін. Їх відрізняє більш низька швидкодія і дуже велика ємність.

Організація завчасного обміну інформаційними потоками між ЗУ різних рівнів при децентралізованому управлінні ними дозволяє розглядати ієрархію пам'яті як абстрактну єдину віртуальну (уявну) пам'ять. Злагоджена робота всіх рівнів забезпечується під керуванням програм операційної системи. Користувач має можливість роботи з пам'яттю, набагато перевищує ємність ОЗУ.

Схожа інформація.