Функционально структурная организация персонального компьютера. Функциональная структура компьютера. Алгоритм может быть предназначен для выполнения его человеком или автоматическим устройством

Основные блоки ПК и их назначение

Понятие архитектуры и структуры

Архитектура компьютера определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям ПК, которые делят 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.

Структура компьютера - это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия, входящих в нее компонентов.

Персональный компьютер - это настольная или переносная ЭВМ, и универсальности применения. Достоинства ми ПК являются:

1. малая стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя;
2. автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;
3. гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;
4. «дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;
5. высокая надежность работы (более 5 тыс. ч наработки на отказ)

Структура персонального компьютера

Рассмотрим состав и назначение основных блоков ПК применительно к IBM PC-подобным компьютерам, удовлетворяющая требованиям общедоступности.

Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

В состав МП входят:

1. устройство управления (УУ) - формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы» - w 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 УУ получает от генератора тактовых импульсов;
2. 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 сопроцессору;
3. микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего МП. Регистры - быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие);
4. 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.

Генератор тактовых импульсов. Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.

Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы или просто такт работы машины. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Системная шина. Это основная интерфейсная система ПК, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина включает в себя:

1. кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;
2. кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;
3. кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины; шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

- между микропроцессором и основной памятью;
- между, микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
- между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему - контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).

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 ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

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 (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках.

Назначение этих накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. Различаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи и считывания информации.

В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры), накопители на оптических дисках (CD-ROM - Compact Disk Read Only Memory - компакт-диск с памятью, только читаемой) 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). Таймер подключается к автономному источнику питания - аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.

Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости 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 ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:

- внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;
- диалоговые средства пользователя;
- устройства ввода информации;
- устройства вывода информации;
- средства связи и телекоммуникации.

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы (дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с клавиатурой) и устройства речевого ввода-вывода информации.

Видеомонитор (дисплей) - устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации.

Устройства речевого ввода-вывода относятся к быстроразвивающимся средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода - это различные микрофонные акустические системы, «звуковые мыши», например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать.

Устройства речевого вывода - это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громкоговорители (динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

К устройствам ввода информации относятся:

· клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК;
· графические планшеты (диджитайзеры) - 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;
· сканеры (читающие автоматы) - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканера в текстовом режиме считанные символы после сравнения с эталонными контурами специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных координат;
· манипуляторы (устройства указания): джойстик - рычаг, мышь, трекбол - шар в оправе, световое перо и др. - для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК;
· сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

К устройствам вывода информации относятся:

· принтеры - печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель;
· 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. Основные характеристики всех плоттеров примерно одинаковые: скорость вычерчивания - 100 - 1000 мм/с, у лучших моделей возможны цветное изображение и передача полутонов; наибольшая разрешающая способность и четкость изображения у лазерных плоттеров, но они самые дорогие.

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, «стыки», мультиплексоры передачи данных, модемы).

В частности сетевой адаптер является внешним интерфейсом ПК и служит для подключения его к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети. В глобальных сетях функции сетевого адаптера выполняет модулятор-демодулятор (модем).

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе - средствам мультимедиа.

Средства мультимедиа (multimedia - «многосредовость») - это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.

К средствам мультимедиа относятся устройства речевого ввода и вывода информации: широко распространенные уже сейчас сканеры (поскольку они позволяют автоматически вводить в компьютер печатные тексты и рисунки); высококачественные видео - (video-) и звуковые (sound-) платы, платы видеозахвата (videograbber), снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры и вводящие его в ПК; высококачественные акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами. Но, пожалуй, еще с большим основанием к средствам мультимедиа относят внешние запоминающие устройства большой емкости на оптических дисках, часто используемые для записи звуковой и видеоинформации.

Стоимость компактных дисков (CD) при их массовом тиражировании невысокая, а учитывая их большую емкость (650 Мбайт, а новых типов - 1 Гбайт и выше), высокие надежность и долговечность, стоимость хранения информации на CD для пользователя оказывается несравнимо меньшей, нежели на магнитных дисках. Это уже привело к тому, что большинство программных средств самого разного назначения поставляется на CD На компакт-дисках за рубежом организуются обширные базы данных, целые библиотеки; на CD представлены словари, справочники, энциклопедии; обучающие и развивающие программы по общеобразовательным и специальным предметам.

CD широко используются, например, при изучении иностранных языков, правил дорожного движения, бухгалтерского учета, законодательства вообще и налогового законодательства в частности. И все это сопровождается текстами и рисунками, речевой информацией и мультипликацией, музыкой и видео. В чисто бытовом аспекте CD можно использовать для хранения аудио- и видеозаписей, т.е. использовать вместо плейерных аудиокассет и видеокассет. Следует упомянуть, конечно, и о большом количестве программ компьютерных игр, хранимых на CD.

Таким образом, CD-ROM открывает доступ к огромным объемам разнообразной и по функциональному назначению, и по среде воспроизведения информации, записанной на компакт-дисках.

Дополнительные схемы . К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора: математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Математический сопроцессор широко используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических, функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно (совмещение во времени) с основным МП, но под управлением последнего. Ускорение операций происходит в десятки раз. Модели МП, начиная с МП 80486 DX, включают сопроцессор в свою структуру.

Контроллер прямого доступа к памяти освобождает МП от прямого управления накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает эффективное быстродействие ПК. Без этого контроллера обмен данными между ВЗУ И ОЗУ осуществляется через регистр МП, а при его наличии данные непосредственно передаются между ВЗУ и ОЗУ, минуя МП

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств (дисплей, принтер, НЖМД НГМД и др.): освобождает МП от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.

Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний.

Прерывание - временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы.

Прерывания возникают при работе компьютера постоянно . Достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям, например, прерывания от таймера возникают и обслуживаются контроллером прерываний 18 раз в секунду (естественно, пользователь их не замечает).

Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. МП, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы. Контроллер прерываний является программируемым.

Любой биологический объект (человек, животное, насекомое) в процессе своей жизнедеятельности должен адекватно реагировать на воздействия со стороны объектов окружающего его мира. Это возможно только при наличии у биологических объектов органов, реализующих необходимые функции работы с информацией (данными) (Рис. 18.1.).

Функции объекта, реализующего обработку данных

Рис. 18.1.

Ввод (приём) данных (информации0 от другого объекта;
Хранение данных (информации);
Обработка данных (информации);
Вывод (передача) данных (информации) другому объекту.

Человек создал подобные себе устройства, но не в смысле внешнего вида, а в смысле реализации тех же функций, необходимых для работы с информацией.

18.1. Функции компьютера, как системы обработки данных

Рис. 18.1.1.

На рисунке 18.1.1. представлена схема антиблокировочной системы торможения (АСТ). Очевидно, что управление любым объектом основано на особенностях функционирования этого объекта управления. Управление состоит в том, что объект управления переводится в различные состояния с помощью установленной на компьютере программы управления. Смысл АСТ состоит в том, чтобы колесо автомобиля всегда вращалось. При блокировке колеса возникнет неуправляемое рулём движение автомобиля.

Водитель при торможении нажимает на педаль тормоза. Задача АСТ: не допустить блокировки колеса.

Первая функция (ввод) состоит в том, что аналоговые сигналы от датчика вращения колеса преобразуются в цифровые сигналы (коды) и вводятся в память компьютера. Вторая функция (хранение) состоит в том, что хранимые в памяти коды состояния колеса воспринимаются программой управления. Если код соответствует вращению колеса, система управления «молчит». Если код соответствует состоянию колеса «неподвижность», программа формирует код управления, который выдаётся (функция вывода) на ЦАП. Этот код преобразуется ЦАП в напряжение и воспринимается АСТ как управляющее воздействие «ослабить тормозное усилие». АСТ ослабляет тормозное усилие, и колесо начинает вращаться.

Анализ этой схемы показывает, что компьютер можно рассматривать, как устройство обработки данных, т.к. в этом устройстве реализуются все 4 функции. Однако необходимо отметить, что эти функции реализуются с помощью аппаратных и программных средств. Очевидно, что собственно задача управления электронным микроскопом реализована программой. Аппаратура играет вспомогательную роль. Именно по этой причине говорят об аппаратно- программных управляющих средствах.

На рисунке 18.1.2. представлено более сложное аппаратно-программное средство.

Рис. 18.1.2.

В данной схеме управления электронным микроскопом в контуре управления присутствует человек. Сигналы об исследуемом объекте преобразуются в коды, и выводятся на устройство отображения (дисплей). Человек, рассматривая изображение объекта, может управлять электронным микроскопом, выдавая ему команды: увеличить изображение (приблизить объектив микроскопа к объекту), уменьшить изображение, переместить объектив вправо и т.д. Команды человека преобразуются программой в управляющие коды, которые, в свою очередь, преобразуются ЦАП в сигналы различного напряжения. Сигналы воспринимаются органами управления электронным микроскопом, и он выполняет заданные пользователем команды.

Анализ двух рисунков показывает, что компьютер может функционировать без такого устройства, как дисплей. Дисплей можно рассматривать как устройство отображения, а также как устройство вывода информации. Ввод информации человеком осуществляется с помощью клавиатуры.

Функциональное устройство компьютера: аппаратное средство, реализующее конкретную функцию компьютера.

Магистрально-модульный принцип организации компьютера: все функциональные элементы компьютера соединяются друг с другом с помощью общей (системной) магистрали (шины) и обмениваются друг с другом данными через это функциональное устройство (Рис. 18.1.3.).

Состав системной магистрали:

шина данных;
шина адреса;
шина управления.

Рис. 18.1.3.

Мы уже рассматривали процесс исполнения программы. Процессор должен обратиться к ОП за очередной командой, затем процессор должен обратиться к ОП для выборки операндов и, наконец, процессор должен обратиться к ОП для записи результата выполнения операции над операндами. Если в процессе исполнения программы необходимо выполнить операции вводи или вывода, то только разработчик программы знает момент начала этих операций. Это значит, что в составе системы команд могут быть не только арифметические и логические команды, но и команды управления устройствами. Вывод: первичным источником обмена двух устройств между собой является процессор, который выполняет команду программы. Процессор выдаёт на шину адреса (ША) адреса устройств (абонентов), между которыми должен произойти обмен данными. Абоненты с помощью сигналов управления по шине управления должны согласовать свои действия. Данные, естественно, должны передаваться по шине данных. На рисунке 18.1.4. представлена в обобщённом виде функциональная структура компьютера.

Рис. 18.1.4.

Процессор: функциональное устройство, исполняющее команды программы.

Память компьютера: функциональное устройство, обеспечивающее хранение данных, представленных в электронном виде.

Процессор не обладает функцией хранения. По этой причине, как было уже ранее рассмотрено, процессор постоянно должен обращаться к памяти. В каждом цикле между процессором и памятью происходит обмен 1 словом. Очевидно, что память должна обладать такой же скоростью работы (быстродействием), как и процессор. Были найдены технические элементы, которые обладают быстродействием, близким к быстродействию процессора. Однако эти элементы имеют 2 недостатка. Первый недостаток: хранимые в этой памяти данные пропадают при отключении питания. Второй недостаток относится к сфере экономики: эти устройства достаточно дорогие. Поэтому в современных компьютерах существует 2 уровня памяти. Первый уровень – оперативная память (ОП). Именно только с ней обменивается данными процессор во время исполнения программы.

Память второго уровня составляет жёсткий магнитный диск (ЖМД). Это медленное устройство. Оно обменивается данными с ОП и другими функциональными элементами компьютера. Если проследить развитие персональных компьютеров, то можно видеть постоянный рост объёмов оперативной памяти. Это связано также с экономическим фактором: по мере увеличения выпуска, развития технологий производства элементной базы модули оперативной памяти становятся всё дешевле. Эволюция объёмов ОП: 128 кб, 256 кб, 512 кб, 1 мб, 128 мб, 256 мб, 512 мб, 1 гб, 2 гб и т.д.

В каждом цикле ОП обменивается с процессором 1 словом. В каждом цикле ОП обменивается с ЖМД блоком, состоящим из нескольких слов (Рис. 18.1.5.).

Ядро компьютера: набор функциональных устройств, реализующих функции хранения и обработки. В состав ядра компьютера входят: процессор, оперативная память, ЖМД.

Рис. 18.1.5.

Примечание. Обратите внимание, понятие «ядро компьютера» является функциональным, а не техническим (формальным). Примером формального подхода является разделение памяти на внутреннюю и внешнюю. Внутренней считается оперативная память, внешней - долговременная. Критерием такого разделения является формальная способность устройств памяти хранить информацию после отключения питания. В то же время при этой классификации не объясняются понятия «внутренняя» и «внешняя». Что является тем объектом, по отношению к которому используются эти понятия?

Совет. При введении любой классификации, необходимо чётко определять критерий классификации и все понятия, используемые при описании классификации.

Остальные устройства являются по отношению к ядру устройствами ввода-вывода.

Клавиатура является простейшим устройством ввода в персональном компьютере.

Принтер: устройство вывода данных на бумажный носитель.

Для удобстваработы пользователя в состав персонального компьютера введены графический манипулятор и дисплей.

Графический манипулятор: функциональное устройство, обеспечивающее перемещение графического указателя по экрану дисплея и выдачу программе сигнала на выполнение указанной графическим указателем команды.

Конструктивные реализации графического манипулятора: мышь (mouse), трекбол (trackball), прикосновительная прокладка (touch pad).

Графический указатель: значок, с помощью которого пользователь определяет для программ объект, над которым должна быть выполнена указанная пользователем операция.

Дисплей: функциональное устройство компьютера, обеспечивающее визуальное отображение на экране информации, позволяющей пользователю эффективно использовать возможности компьютера.

Как можно видеть, графический указатель и дисплей не выполняют ни одну из 4-х функций устройства обработки данных.

Привод флоппи-диска: устройство ввода-вывода для обмена данными с внешним носителем данных на базе флоппи-диска (дискеты).

Привод CD -диска: устройство ввода-вывода для обмена данными с внешним носителем данных на базе CD-диска.

Базовая конфигурация персонального компьютера: минимальный набор функциональных устройств, поставляемый покупателю.

Базовый набор меняется в соответствии с технологическими возможностями производителей. В настоящее время в базовую конфигурацию входят: ядро, дисплей, привод CD (DVD) – диска. Привод флоппи-диска уже не всегда поставляется в составе компьютера при продаже.

Модем: устройство ввода-вывода для обмена данными компьютера с каналами аналоговых сигналов (преобразования аналоговых сигналов в дискретные и наоборот).

Магистрально – модульный принцип организации компьютера объединяет функциональный и конструктивный аспекты организации компьютера.

Модуль: функциональный элемент компьютера, реализованный в виде определённой конструкции.

Например, процессор реализован на микросхеме, которая конструктивно оформлена в виде параллелепипеда с множеством контактов для электрического соединения с другими функциональными элементами и вставляется в разъём. Привод CD-диска, DVD-диска, жёсткий магнитный диск выполнены в виде параллелепипедов- коробочек.

Компьютер, как техническая система, должен иметь в своём составе модули, реализующие вспомогательные функции: охлаждение различных устройств (принудительное), защита человека от облучения, соединение всех модулей в виде удобной для установки и переноса конструкции (сборочные элементы).

Каждое функциональное устройство может быть реализовано на различных физических принципах и иметь различное конструктивное исполнение. Сборка компьютера выполняется путём установки и закрепления модулей в сборочных элементах. Ремонт компьютера выполняется на уровне замены модулей.

Сборочные элементы персонального компьютера: системный блок, материнская плата, корпус дисплея, корпус модема.

18.2. Назначение контроллера функционального устройства

В современных персональных компьютерах каждое функциональное устройство компьютера подключается к системной магистрали (Рис. 18.2.1.).

Рис. 18.2.1.

Чтобы можно было управлять функциональным устройством, выдавать ему команды, получать от него информацию о результатах исполнения команд, при необходимости выдавать ему данные или принимать от него данные, между ним и системной магистралью должен происходить обмен сигналами, как управляющими, так и информационными. Естественно, обмен этими сигналами должен происходить по определённым правилам.

Интерфейс: правила взаимодействия между собой технических или программных средств.

В связи с увеличением спроса на компьютеры возникли новые фирмы-разработчики. Результатом их работы стало появление компьютерных платформ и семейств компьютеров с разными интерфейсами у системных магистралей. При этом производители функциональных устройств оказались в сложной ситуации. Им приходилось выпускать разные промышленные изделия, обладающие одинаковыми функциями. Для снижения производственных затрат было найдено следующее решение. Функциональное устройство разделяется на 2 части (Рис. 18.2.2.). Первая часть обладает всеми необходимыми функциями и имеет базовый постоянный интерфейс. Эта часть наиболее сложная и, как правило, определяет стоимость всего функционального устройства. Вторая часть, называемая контроллером , обеспечивает лишь согласование базового аппаратного интерфейса функционального устройства с интерфейсом системной магистрали конкретной компьютерной платформы.

Таким образом, производитель может выпускать одно сложное изделие и несколько простых, которые обеспечивают применение одного сложного устройства в компьютерах с различными интерфейсами системных магистралей.

Рис. 18.2.2.

Применительно к дисплеям эта идея была развита (Рис. 18.2.3.). Контроллер – видеоадаптер (видеоконтроллер) является настолько сложным изделием, что выпускается третьими производителями, но его интерфейс с дисплеями стандартизован. По этой причине производители дисплеев не выпускают видеоконтроллеры.

1. Основные блоки персонального компьютера и их назначение.

2. Характеристика внешних устройства персонального компьютера.

1. Основные блоки персонального компьютера и их назначение Понятие архитектуры и структуры пк

Персональный компьютер (персональная ЭВМ, ПК, ПЭВМ)) – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.

Возможности ПК определяются составом и характеристиками его функциональных блоков (рис. 1).

Архитектура ПК определяется совокупностью его свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, подразделяемых на основные и дополнительные.

Основные функции определяют назначение ПК: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами.

Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы работы, диалог с пользователем, надежность и др. Указанные функции ПК реализуются с помощью аппаратных и программных средств.

Достоинствами ПК являются:

относительно малая стоимость для индивидуального пользователя;

автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

большое разнообразие номенклатуры технических средств, использующих последние достижения науки; гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

модульное устройство и интеграция компонентов, возможность легкой модернизации, в том числе силами самих пользователей;

наличие огромного количества программ, охватывающих практически все сферы человеческой деятельности; «дружественность» операционной системы и иного программного обеспечения, обусловливающая возможность работы пользователя без специальной профессиональной подготовки;

относительно высокие возможности по переработке разнообразной информации при высокой надежности работы.

Структура компьютера – это модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в ПК компонентов.

В составе ПК выделяются две основных компоненты:

аппаратная (техническая) часть (hardware );

программное обеспечение (software ).

Аппаратная часть ПК в типовой конфигурации включает (см. рис. 1):

системный блок : центральный процессор, блоки оперативной памяти, блок питания, жесткий диск, дисководы для дискет, дисковод для компакт-дисков (CD,DVD), контроллеры устройств, звуковая и графическая карта и др.;

устройства ввода и управления : клавиатура, мышь, сканер и т.д.;

устройства вывода : монитор, принтер, плоттер и др.;

дополнительные устройства : модем, сетевые устройства, звуковые колонки и т.п.

В системном блоке располагается самая большой электронная плата – системная (илиматеринская ) плата, на которой находятся: центральный процессор, оперативная и кэш-память, шины, BIOS (базовая система ввода-вывода) и некоторые контроллеры.

Структурная схема ПК приведена на рис. 2.

Рассмотрим состав ПК, назначение и характеристики его основных блоков.

Микропроцессор (МП) – центральный блок ПК, расположенный на системной плате и предназначенный для выполнения арифметических и логических операции над информацией, а также управления работой всех блоков машины. В его состав входят:

устройство управления (УУ ), формирующее и подающее во все блоки ПК в нужные моменты времени сигналы управления, обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций. Опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;

арифметико-логическое устройство (АЛУ ), предназначенное для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией;

микропроцессорная память (МПП ) и внутренняя кэш-память , служащие для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины. Внутренняя кэш-память обеспечивает согласование скорости работы АЛУ и обмена данными с основной памятью;

интерфейсная система МП реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК и включает внутренний интерфейс * МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода * * (ПВВ) и системной шиной.

Чипсет системной платы – набор микросхем, управляющих процессором, оперативной памятью и ПЗУ, кэш-памятью, системными шинами и интерфейсами передачи данных, а также рядом периферийных устройств. Обычно состоит из нескольких специализированных интегральных микросхем (ASIC -application-specific integration circuits ), как правило, от одной до четырех, выпущенных одним производителем. Чипсеты конструктивно привязаны к типу используемого МП.

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) вырабатывает последовательность электрических импульсов, частота повторения которых определяет тактовую частоту машины. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик ПК и во многом определяет скорость его работы, так как каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Системная шина – основная интерфейсная система ПК, обеспечивающая сопряжение и связь всех устройств между собой. Она включает в себя:

кодовую шину данных (КШД ), обеспечивающую параллельную передачу всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

кодовую шину адреса (КША ), обеспечивающую параллельную передачу всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

кодовую шину инструкций (КШИ ), обеспечивающую передачу инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки ПК;

шину питания , имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1) между МП и основной памятью;

2) между МП и портами ввода-вывода внешних устройств;

3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки через порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется МП либо непосредственно, либо через дополнительную микросхему – контроллер шины , формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Основная память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с другим блоками ПК. Она содержит:

постоянное запоминающее устройство (ПЗУ ), служащее для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации. Позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию. К ПЗУ относятся микросхемаBIOS (Basic Input - Output System – базовая система ввода/вывода), в которой хранятся программы проверки оборудования ПК, настройки конфигурации компьютера, установки некоторых характеристик устройств, инициирования загрузки операционной системы и выполнения базовых функций по обслуживанию устройств ПК, а также микросхемаCMOS , хранящая параметры конфигурации ПК и управляющая системными часами;

оперативное запоминающее устройство илиоперативная память (ОЗУ ,ОП ), предназначенное для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Эта память является электрозависимой, т.е. после выключения питания информация в ОЗУ стирается. Главными достоинствами ОП являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке).;

внешняя кэш-память – высокоскоростная память, являющаяся буфером между ОП и МП и позволяющая увеличить скорость выполнения операций. Регистры кэш-памяти недоступны для пользователя. В кэше хранятся данные, которые МП получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы, а также часто используемые фрагменты программы.

Внешняя память используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. Как правило, во внешней памяти хранится все программное обеспечение ПК. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, к наиболее распространенным из которых относятся накопители нажестких (НЖМД ) игибких (НГМД ) магнитных дисках.

Назначение этих накопителей – хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в ОП. Различаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи и считывания информации.

В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры ), накопители на оптических дисках (CD –Compact Disk - компакт-диск,DVD –Digital Versatile Disc - цифровой многоцелевой диск) и др.

Источник питания – блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК.

Таймер – внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания – аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.

Внешние устройства (ВУ) обеспечивают взаимодействие пользователя ПК с окружающей средой. К ним относятся:

диалоговые средства пользователя :

видеомониторы (дисплеи ) – устройства отображения вводимой и выводимой информации;
устройства речевого ввода-вывода информации – микрофонные акустические системы; «звуковые мыши», позволяющие распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и кодировать; синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громкоговорители (динамики) или звуковые колонки;

устройства ввода информации:

клавиатура – устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК;
манипуляторы (устройства указания):джойстик – рычаг;мышь ,трекбол – шар в оправе,световое перо и др. – для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК;
графические планшеты (дигитайзеры ) – 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);
сканеры – для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей;
сенсорные экраны – для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

устройства вывода информации:

принтеры – печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель;
графопостроители (плоттеры ) – для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель;
звуковые колонки – для вывода звуковой информации из ПК.

устройства связи и телекоммуникации , используемые для организации взаимодействия с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.), а также для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, «стыки», мультиплексоры передачи данных, модемы).

К системной шине наряду с типовым внешними устройствами могут быть подключены дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора: контроллер прямого доступа к памяти, контроллер прерываний, видеоадаптер, звуковая карта и др.

Введение
3

1. Общая структура персонального компьютера
4

1.1. Основы архитектуры ЭВМ 4

1.2. Структура ПК
6

2. Характеристики основных модулей ПК
8

2.1. Материнская плата 8

2.2. Процессор 9

2.3. Память 11

2.4. Винчестер 12

2.6. Монитор 14

2.7. Манипуляторы 14

Заключение 15

Список использованной литературы 16

Введение

Современные компьютеры массового применения – персональные компьютеры имеют достаточно сложную структуру, которая определяет взаимосвязь между аппаратными средствами в технической системе, называемой компьютером. В процессе эволюции аппаратных и программных средств изменялась и структура персонального компьютера, однако без изменений остались пока основные принципы его структурной организации, сформулированные выдающимся математиком, профессором Принстонского университета США Джоном фон Нейманом (1903–1957) и его коллегами в 1946 г.

Сущность этих принципов сводится к следующему:

Информация представляется (кодируется) и обрабатывается (выполняются вычислительные и логические операции) в двоичной системе счисления, информация разбивается на отдельные машинные слова, каждое из которых обрабатывается в компьютере как единое целое;

Машинные слова, представляющие данные (числа) и команды (определяют наименование задаваемых операций), различаются по способу использования, но не по способу кодирования;

Машинные слова размещаются и хранятся в ячейках памяти компьютера под своими номерами, называемыми адресами слов;

Последовательность команд (алгоритм) определяет наименование производимых операций и слова (операнды), над которыми производятся эти операции, при этом алгоритм, представленный в форме операторов машинных команд, называется программой;

Порядок выполнения команд однозначно задается программой.

1. Общая структура персонального компьютера

1.1. Основы архитектуры ЭВМ

Составные части, из которых состоит компьютер, называют модулями. Среди всех модулей выделяют основные модули, без которых работа компьютера невозможна, и остальные модули, которые используются для решения различных задач: ввода и вывода графической информации, подключения к компьютерной сети и т.д.

В основу построения большинства ЭВМ положены принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом:

1 . Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в заданной последовательности).

2 . Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными).

3 . Принцип адресности (основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек).

ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру (рис.1).

Рис. 1. Классическая структура компьютера

где, АЛУ (арифметико-логическое устройство) – выполняет арифметические и логические операции над информацией, представленной в двоичном коде, т. е. обеспечивает выполнение процедур по обработке данных;

УУ (устройство управления) – организует процесс выполнения программ;

ЗУ (запоминающее устройство) – предназначено для размещения и хранения последовательности команд (программ) и данных;

УВВ (устройства ввода-вывода) – обеспечивают ввод и вывод данных из компьютера для установления прямой и обратной связи между пользователем и компьютером;

С помощью какого-либо устройства ввода в ЗУ вводится программа. УУ считывает содержимое ячейки памяти ЗУ, где находится первая команда, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических и логических операций над данными с помощью АЛУ, чтение из памяти данных для выполнения этих операций, вывод данных на устройство вывода и т. д. Затем выполняется вторая команда, третья и т. д. УУ выполняет инструкции программы автоматически.

1.2. Структура ПК

Рис. 2. Общая структура ПК

Персональные компьютеры обычно состоят из следующих основных модулей, представленных на рисунке 3.

Системный блок Монитор Клавиатура мышь
Рис. 3. Основные модули ПК

Рис. 4. Компьютер в компактном исполнении (notebook)
В системном блоке находятся все основные узлы компьютера:

материнская плата;

электронные схемы (процессор, контроллеры устройств и т.д.);

блок питания;

дисководы (накопители).

2. Характеристики основных модулей ПК

2.1. Материнская плата

Материнская (системная, главная) плата является центральной частью любого компьютера. На материнской плате размещаются в общем случае центральный процессор, сопроцессор, контроллеры, обеспечивающие связь центрального процессора с периферийными устройствами, оперативная память (RAM), кэш-память, элемент ROM-BIOS (базовой системы ввода/вывода), аккумуляторная батарея, кварцевый генератор тактовой частоты и слоты (разъемы) для подключения других устройств.

Рис. 6. Материнская плата

Общая производительность материнской платы определяется не только тактовой частотой , но и количеством (разрядностью ) данных , обрабатываемых в единицу времени центральным процессором, а также разрядностью шины обмена данных между различными устройствами материнской платы.

По функциональному назначению шины делятся на:

шину данных;

адресную шину;

шину управления.

По шине данных происходит обмен данными между центральным процессором, картами расширения и памятью. Разрядность шины данных варьируется от 8-ми битов (сейчас не используется) до 64-х битов в материнских платах современных PC.

По адресной шине происходит адресация ячеек памяти, в которые производится запись данных.

По шине управления или системной шине происходит передача управляющих сигналов между центральным процессором и периферией. На материнской плате системная шина заканчивается слотами для установки других устройств. Адресные шины и шины данных иногда занимают одни и те же физические проводники.

В настоящее время существует несколько стандартов шин: ISA (Industry Sland art Architecture), MCA (MicroChannel Architecture), EISA (Extended ISA), VESA (Video Electronics SlandarlAssollallon), PCI (Peripheral Component Interconnect), USB (Universal Serial BUS).

Архитектура материнских плат постоянно совершенствуется: увеличивается их функциональная насыщенность, повышается производительность. Стало стандартом наличие на материнской плате таких встроенных устройств, как двухканальный E-IDE-контроллер HDD (жёстких дисков), контроллер FDD (гибких (floppy) дисков), усовершенствованного параллельного (LPT) и последовательного (COM) портов, а также последовательного инфракрасного порта.

Порт – многоразрядный вход или выход в устройстве.

2.2. Процессор

В общем случае под процессором понимают устройство, производящее набор операций над данными, представленными в цифровой форме (двоичным кодом). Применительно к вычислительной технике под процессором понимают центральное процессорное устройство (CPU ), обладающее способностью выбирать, декодировать и выполнять команды а также передавать и принимать информацию от других устройств. Проще говоря, процессор – это электронная схема, выполняющая обработку информации.

Производство современных персональных компьютеров начались тогда, когда процессор был выполнен в виде отдельной микросхемы.

Количество фирм, разрабатывающих и производящих процессоры для IBM-совместимых компьютеров, невелико. В настоящее время известны: Intel, Cyrix, AMD, NexGen, Texas Instrument.

Кроме процессоров, которые составляют основу IBM-совместимых персональных компьютеров, существует целый класс процессоров, составляющих параллельную платформу. Среди самых известных: персональные компьютеры американской фирмы Apple, для которых используются процессоры типа Power PC, имеющие принципиально другую архитектуру; ПК выпускаемые фирмой Motorola и др. Производительность персональных компьютеров на основе процессоров Power PC значительно выше, чем у IBM-совместимых, поэтому, несмотря на значительную разницу в цене, для серьезных профессиональных приложений им отдают предпочтение.

Производительность CPU характеризуется следующими основными параметрами:

тактовой частотой;

степенью интеграции;

внутренней и внешней разрядностью обрабатываемых данных;

памятью, к которой может адресоваться CPU.

С бурным развитием мультимедиа приложений перед разработчиками процессоров возникли проблемы увеличения скорости обработки огромных массивов данных, содержащих графическую, звуковую или видео информацию. В результате возникли дополнительно устанавливаемые специальные процессоры DSP.

2.3. Память

Центральный процессор имеет доступ к данным, находящимся в оперативной памяти (физическое устройство памяти называется ОЗУ- оперативное запоминающее устройство или RAM – Random Access Memory). Работа компьютера с пользовательскими программами начинается после того как данные будут считаны из внешней памяти в ОЗУ.

ОЗУ работает синхронно с центральным процессором и имеет малое время доступа. Оперативная память сохраняет данные только при включенном питании. Отключение питания приводит к необратимой потере данных, поэтому пользователю, работающему с большими массивами данных в течение длительного времени, рекомендуют периодически сохранять промежуточные результаты на внешнем носителе.

По способу реализации оперативная память делится на динамическую и статическую.

Основными характеристиками ОЗУ являются: количество ячеек памяти (адреса) и время доступа к информации, определяемое интервалом времени, в течение которого информация записывается в память или считывается из нее.

Основой ОЗУ являются микросхемы памяти (chips ), которые объединяются в блоки (банки) различной конфигурации. При комплектации банков различными микросхемами необходимо следить, чтобы время доступа у них не различалось больше, чем на 10 нс.

Для нормального функционирования системы большое значение имеет согласование быстродействия центрального процессора и ОЗУ.

Рис.7. Оперативная память

Кэш-память предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных устройств, таких, например как динамическая память с быстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избежать циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы.

С помощью кэш-памяти обычно делается попытка согласовать также работу внешних устройств, например, различных накопителей, и микропроцессора. Соответствующий контролер кэш-памяти должен заботиться о том, чтобы команды и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенный момент времени, именно к этому моменту оказывались в кэш-памяти.

2.4. Винчестер

Винчестеры или накопители на жестких дисках – это внешняя память большого объема, предназначенная для долговременного хранения информации, объединяющая в одном корпусе сам носитель информации и устройство записи/чтения. По сравнению с дисководами винчестеры обладают рядом очень ценных преимуществ: объем хранимых данных неизмеримо больше, время доступа у винчестера на порядок меньше. Единственный недостаток: они не предназначены для обмена информацией (это касается стационарных, т.е. встраиваемых в корпус компьютера винчестеров, в настоящее время существуют сменные винчестеры).

Физические размеры винчестеров стандартизированы параметром, который называют форм-фактором (form factor).

На рисунке 8 представлены различные жесткие диски:

Рис. 8. Винчестеры
2.5. Клавиатура

Рис. 9. Клавиатура

Она является основным устройством ввода информации в PC, несмотря на сильную конкуренцию со стороны мыши. Клавиатура преобразует механическое нажатие клавиши в так называемый скэн-код, который передается в контроллер клавиатуры на материнской плате.

Контроллер в свою очередь инициализирует аппаратное прерывание, которое обслуживается специальной программой, входящей в состав ROM-BIOS. При поступлении скэн-кода от клавиш сдвига (/) или переключателя (,) изменение статуса клавиатуры записывается в ОЗУ. Во всех остальных случаях скэн-код трансформируется в ASCII-коды или расширенные коды, которые уже обрабатываются прикладной программой.

По конструктивному исполнению различают следующие виды клавиатуры: клавиатуры с пластмассовыми штырями, клавиатуры со щелчком, клавиатуры на микропереключателях или герконах, сенсорные клавиатуры. Клавиатуры различаются также количеством и расположением клавиш. Различают клавиатуры типа СГ, AT, MFII.

В настоящее время существуют некоторые другие виды клавиатур: эргономические клавиатуры, промышленные, со считывающим устройством штрихового кода, для слепых, инфракрасные (беспроводные) и т.п.

2.6. Монитор

Мониторы являются важнейшими устройствами отображения информации. В настоящее время существует большое разнообразие типов мониторов: Цифровые мониторы (TTL), Аналоговые мониторы, Жидкокристаллические дисплеи (LCD) (рис. 10).

Рис. 10. Мониторы

2.7. Манипуляторы

К данным устройствам можно отнести мышь, джойстик, трекбол. Данные устройства управляют курсором и представлены на рисунке 11.

Рис. 11. Устройства управления курсором

Заключение

Таким образом, в системном блоке стационарного персонального компьютера размещаются основные компоненты, обеспечивающие выполнение компьютерных программ на аппаратном уровне.

Внешние устройства (по отношению к системному блоку) по функциональному назначению можно представить в виде нескольких групп: устройства ввода и вывода информации, устройства, выполняющие одновременно функции ввода и вывода информации, внешние запоминающие устройства.

К устройствам ввода информации относятся клавиатура, координатные устройства ввода (манипуляторы типа мышь, трекбол, контактная или сенсорная панель, джойстик), сканер, цифровые камеры (видеокамеры и фотоаппараты), микрофон.

К устройствам вывода информации относятся монитор, печатающие устройства (ПУ, принтер и графопостроитель), звуковые колонки и наушники.

К устройствам, выполняющим функции ввода и вывода информации относятся сетевой адаптер, модем (модулятор – демодулятор), звуковая плата.

К внешним запоминающим устройствам относятся: внешние накопители на гибких и жестких магнитных дисках, внешние накопители на оптических и магнитооптических дисках, накопители на основе флэш-памяти и т. д.

Список использованной литературы

1. Губарев В.Г. Программное обеспечение и операционные системы ПК. М.: Феникс, 2012. 382 с.

2. Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя, 6-е издание, переработанное и дополненное. M.: Инфра-М, 2006. 432с.

3. Уинн Л. Рош. Библия по модернизации персонального компьютера. М.: Тивали-Стиль, 2005. 378 с.

4. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2003. М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2009. 957 с.

5. Ибрагим К.Ф. Устройство и настройка ПК: Перевод с английского. М.: Бином, 2010. 368 с.

6. Столлингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. М.: Вильямс, 2012. 896 с.

7. Леонтьев Б.К. Upgrade: Пособие по модернизации компонентов персонального компьютера. М.: Майор, 2013. 624 с.

8. Шумилин В.К. Пособие по безопасной работе на персональных компьютерах. М.: НЦ ЭНАС, 2011. 28 с.

9. Еремин Е.А. Популярные лекции об устройстве компьютера. БХВ-Петербург, 2013. 272 с.

Основная образовательная программа

Хозяйства России. Отраслевая структура , функциональная и территориальная структуры хозяйства страны, ... персональными компьютерами , и проекторами. Для директора и заместителей директора приобретены ноутбуки. Общая численность персональных компьютеров , ...

Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления, логично вытекает из последовательного характера преобразований, выполняемых человеком по некоторому алгоритму (программе). Обобщенная структурная схема ЭВМ первых поколений представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Структурная схема ЭВМ первых поколений

В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним. Введенная информация полностью или частично сначала запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), предназначенное для длительного хранения информации, где преобразуется в специальный информационный объект − файл.

Файл – идентифицированная совокупность экземпляров полностью описанного в конкретной программе типа данных, находящихся вне программы во внешней памяти и доступных программе посредством специальных операций.

При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое переносится в ОЗУ. Затем программная информация команда за командой считывается в устройство управления.

Устройство управления (УУ) предназначается для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ. Цепи сигналов управления показаны на рисунке 2.1 штриховыми линиями. Вызываемые из ОЗУ команды дешифрируются устройством управления: определяют код операции, которую необходимо выполнить следующей, и адреса операндов, принимающих участие в данной операции.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др. Он каждый раз перестраивается на выполнение очередной операции. Результаты выполнения отдельных операций сохраняются для последующего использования на одном из регистров АЛУ или записываются в память.

В качестве устройств вывода (УВыв) могут использоваться экран дисплея, принтер, графопостроитель и др.

Современные ЭВМ имеют достаточно развитые системы машинных операций.

Например, ЭВМ типа IBM PC имеют несколько сотен различных операций (их количество зависит от типа микропроцессора). Любая операция в ЭВМ выполняется по определенной микропрограмме, реализуемой в схемах АЛУ соответствующей последовательностью сигналов управления (микрокоманд). Каждая отдельная микрокоманда – это простейшее элементарное преобразование данных типа алгебраического сложения, сдвига, перезаписи информации и т.п.

Уже в первых ЭВМ для увеличения их производительности широко применялось совмещение операций. При этом последовательные фазы выполнения отдельных команд программы (формирование адресов операндов, выборка операндов, выполнение операции, отсылка результата) выполнялись отдельными функциональными блоками. В своей работе они образовывали своеобразный конвейер, а их параллельная работа позволяла обрабатывать различные фазы целого блока команд.

Этот принцип получил дальнейшее развитие в ЭВМ следующих поколений. Но все же первые ЭВМ имели очень сильную централизацию управления, единые стандарты форматов команд и данных, «жесткое» построение циклов выполнения отдельных операций, что во многом объясняет ограниченные возможности используемой в них элементной базы. Центральное УУ обслуживало не только вычислительные операции, но и операции ввода-вывода, пересылок данных между ЗУ и др. Все это позволяло в какой-то степени упростить аппаратуру ЭВМ, но сильно сдерживало рост их производительности.

В ЭВМ третьего поколения произошло усложнение структуры за счет разделения процессов ввода-вывода информации и процесса ее обработки.

Тесно связанные устройства АЛУ и УУ получили название процессор .

В схеме ЭВМ появились дополнительные устройства, которые имели такие названия: процессоры ввода-вывода, устройство управления обменом информацией, канал ввода-вывода. Последнее получило наибольшее распространение применительно к большим ЭВМ. Здесь наметилась тенденция к децентрализации управления и параллельной работе отдельных устройств, что позволило резко повысить быстродействие ЭВМ в целом.

Среди каналов ввода-вывода выделяли мультиплексные каналы, способные обслуживать большое количество медленно работающих устройств ввода-вывода, и селекторные каналы, обслуживающие в многоканальных режимах скоростные внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

В персональных компьютерах, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, произошло дальнейшее изменение структуры (рисунок 2.2). Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания. Единая система аппаратурных соединений значительно упростила структуру, сделав ее еще более децентрализованной.

Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.

Рисунок 2.2 Структурная схема ПК

Ядро ПК образуют процессор, основная память (ОП), состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), и видеопамять.

ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения наиболее часто используемых программ управления.

Подключение всех внешних устройств (ВнУ), дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и др., обеспечивается через соответствующие адаптеры – согласователи скоростей работы сопрягаемых устройств или контроллеры – специальные устройства управления периферийной аппаратурой. Контроллеры в ПК играют роль каналов ввода-вывода. В качестве особых устройств следует выделить таймер – устройство измерения времени и контроллер прямого доступа к памяти (КПД) – устройство, обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.

Способ формирования структуры ПК является достаточно логичным и естественным стандартом для данного класса ЭВМ.

Центральное место в структуре ПК занимает шина. Шина – это общий канал связи, используемый для обмена информацией между устройствами компьютера. В первых ПК она была представлена просто набором проводников, предназначенных для передачи данных, адресов, питания и сигналов управления. По мере развития вычислительной техники, усложнения структуры компьютеров, увеличения быстродействия устройств и объемов пересылаемых данных, насыщения периферии разнообразными устройствами, в том числе и мультимедийными, единственная шина уже не могла обеспечить эффективной работы.

В современных ПК канал взаимодействия устройств компьютера представлен объединением большого количества шин, работающих в соответствии со старыми и новыми стандартами. Сохранение старых стандартов обеспечивает совместимость, то есть возможность работы с традиционными устройствами, подключаемыми к COM- и LPT-портам.

Организацию согласованной работы шин и устройств выполняют микросхемы системной логики, называемые чипсетом (Chipset).

Большинство наборов микросхем системной логики имеют ярко выраженную иерархическую структуру построения, отвечающую уровням высокоскоростных и низкоскоростных устройств ввода-вывода данных. Для последних микропроцессоров Pentium используется так называемая Hub-структура чипсета. При этом слово «hub» можно в равной степени понимать как коммутатор (устройство для соединения отдельных входов с определенными выходами) или концентратор (устройство, согласующее высокоскоростные каналы с менее скоростными).

В структуре чипсета за работу высокоскоростных устройств ядра компьютера отвечает North Bridge, NB – северный мост (в некоторых наборах, например Intel 820, его называют Memory Controller Hub, MCH – контроллер памяти, он же и графический контроллер для управления видеосистемой через ускоренный графический порт Accelerated Graphics Port, AGP). Каналы передачи данных между процессором или двумя процессорами, видеопамятью и оперативной памятью имеют пропускную способность более 1 Гбайт/с.

Низкоскоростными устройствами ввода-вывода данных управляет South Bridge, SB (южный мост). В наборе Intel 820 он называется I/O Controller Hub – контроллер, обслуживающий низкоскоростные устройства ввода-вывода. Именно этот порт согласовывает стандарты обмена данными по различным шинам.

История развития вычислительной техники показала, что самым узким местом ЭВМ является связь «процессор-память». Быстродействие памяти во многом определяет общую скорость последовательных вычислений. Поэтому мощность самых новейших микропроцессоров используется лишь на 25-30 %.

С точки зрения пользователя, желательно иметь в ЭВМ оперативную память большой емкости и высокого быстродействия. Однако одноуровневое построение памяти не позволяет одновременно удовлетворить этим двум противоречивым требованиям.

Поэтому память современных ЭВМ строится по многоуровневому, пирамидальному принципу.

В составе процессоров имеется сверхоперативное запоминающее устройство небольшой емкости, образованное несколькими десятками регистров с быстрым временем доступа, составляющим один такт процессора (наносекунды, нс). Здесь обычно хранятся данные, непосредственно участвующие в обработке.

Следующий уровень образует кэш-память , или память блокнотного типа. Она представляет собой буферное запоминающее устройство, предназначенное для хранения активных страниц объемом десятки и сотни Кбайт. Кэш-память, как более быстродействующая, предназначается для ускорения выборки команд программы и обрабатываемых данных. Здесь возможна ассоциативная выборка данных.

Основной объем программ пользователей и данных к ним размещается в оперативном запоминающем устройстве (емкость – миллионы машинных слов, время выборки – до 20 тактов процессора).

Часть машинных программ и наиболее часто используемых констант, обеспечивающих автоматическое управление вычислениями, может размещаться в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).

На более низких уровнях иерархии находятся внешние запоминающие устройства на магнитных носителях: на жестких и гибких магнитных дисках, магнитных лентах, магнитооптических дисках и др. Их отличает более низкое быстродействие и очень большая емкость.

Организация заблаговременного обмена информационными потоками между ЗУ различных уровней при децентрализованном управлении ими позволяет рассматривать иерархию памяти как абстрактную единую виртуальную (кажущуюся) память. Согласованная работа всех уровней обеспечивается под управлением программ операционной системы. Пользователь имеет возможность работы с памятью, намного превышающей емкость ОЗУ.

Похожая информация.