Персональные компьютеры. Особенности структуры и конфигурации

Персональный компьютер (ПК) – это компьютер, удовлетворяющий требованиям общедоступности и универсальности применения. Условиями, позволяющими компьютер отнести к классу персональных компьютеров, являются:

· малая стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя;

· автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

· гибкость архитектуры, позволяющая адаптироваться к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

· «дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;

· высокая надежность работы (более 5 тыс. ч. наработки на отказ, т.е. один отказ за 210 суток непрерывной работы).

Персональный компьютер стал обязательным атрибутом в любом современном офисе. Это основная техническая база информационной технологии. Профессионалы, работающие вне компьютерной сферы, считают непременной составляющей своей компетентности знание аппаратной части персонального компьютера, хотя бы его основных технических характеристик.

Персональным компьютерам принадлежит подавляющая часть рынка потребителей вычислительной техники для задач офисного, делового, экономического характера. Кроме того, причинами распространения ПК послужили широкие возможности для комплектования, ремонта, наращивания и обслуживания компьютеров данного класса, которые предоставляет в последние годы отечественный рынок.

Замена одних блоков на другие в настоящее время не представляет собой проблемы, и при необходимости можно достаточно легко и быстро провести модернизацию ПК.

Возможности персонального компьютера определяются его архитектурой. Под архитектурой ПК понимается набор правил, принципов и стандартов, регламентирующий структуру и способы построения компьютерных устройств, а также определяющий функциональные возможности последних.

Архитектура ПК определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные.

Основные функции определяют назначение ПК: 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 ПК реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств. Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Вариант компоновки (конфигурации) ПК показан на рис. 2.

Рис. 2. Вариант конфигурации ПК.

На рисунке представлены следующие элементы:

· Монитор (дисплей) – устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации;

· Базовый (системный) блок – конструктивный корпус, в который помещаются основные электронные компоненты ПК;

· Сканер (читающий автомат) – устройство для автоматического считывания машинописных текстов, графиков, рисунков и чертежей с бумажных носителей и ввода их в ПК;

· Модем – устройство сопряжения компьютера и обычной телефонной линии;

· Плоттер - устройство для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель;

· Принтер - печатающее устройство для регистрации информации на бумажный носитель;

· Телефон – устройство, преобразующее электрические сигналы в акустические (звуковые) и на оборот;

· Клавиатура – устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК;

· Мышь – датчик координат X и Y, определяющих положение указателя на экране.

Число и тип элементов, составляющих конфигурацию конкретного ПК, определяется пользователем в зависимости от характера решаемых им задач. Например, если в перечень решаемых пользователем задач не входят операции считывания машинописных текстов с бумажных носителей и ввода их в ПК и вывода графической информации из ПК на бумажный носитель, то такие элементы как сканер и плоттер в конфигурации компьютера могут отсутствовать. Однако существует минимальный набор элементов, без которых ПК работать не будет. Этот набор элементов получил название «базовая конфигурация». Базовая конфигурация персонального компьютера включает системный блок, монитор, клавиатуру и мышь[3].

Все устройства, которые находятся вне системного блока и подключаются к нему, получили название «периферийные устройства».

Структурная схема персонального компьютера приведена на рис.3.

Микропроцессор (МП) – это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией. В состав микропроцессора входит кроме уже известных нам устройств (УУ, АЛУ) микропроцессорная память (МПП). Она 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, поскольку основная память не всегда обеспечивает требуемую для быстродействующего МП скорость записи, считывания, поиска информации. Регистры – самые быстродействующие ячейки памяти длиной 1–2 байта или более.

Кроме того, в составе микропроцессора имеется интерфейсная система ИС, реализующая функции сопряжения и связи с другими устройствами ПК (через системную шину).

Рис.3. Структурная схема персонального компьютера

Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов, частота которых определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между импульсами составляет один такт.

Шина -основная системная шина, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя: шину данных, шину адреса, шину управления и шину питания. Системная шина обеспечивает передачу информации между микропроцессором и основной памятью, между микропроцессором и внешними устройствами памяти, между оперативной памятью и внешними устройствами (принтером, сканером, плоттером и др.). Все устройства, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы подключаются к шине единообразно: непосредственно или через устройства сопряжения – адаптер (контроллер). В современных ПК управление шиной осуществляется специальной управляющей микросхемой – контроллером шины.

Основная память ПК состоит из оперативной памяти (ОП) и постоянной памяти (ПП). Постоянная память предназначена для хранения программ тестирования ПК, начальной загрузки, базовой системы ввода-вывода (BIOS). Постоянная память – энергонезависимая, как правило, программируемая память.

Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие. В качестве недостатка ОП следует отметить ее энергозависимость, т.е. невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины. Объем ОП современного ПК может составлять 128, 256, 512, 1024 и более Мбайт.

Основу внешней памяти ПК составляет накопитель на жестких магнитных дисках НЖМД (винчестер). Емкость современных винчестеров, как правило, превышает 60 Гбайт и может достигать 120 и более Гбайт. В состав внешней памяти могут входить съемные накопители на гибких магнитных дисках НГМД и различного рода компакт-диски: CD R (Compact Disc Recordable - однократно записываемый), CD RW (Compact Disc Rewritable - многократно перезаписываемый), CD DА (Compact Disc Digital Audio –цифровой звукозаписи), DVD (Digital Versatile Disk - цифровой универсальный диск. Иногда неверно расшифровывается как Digital Video Disk - цифровой видео диск).

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[4] обеспечивают взаимодействие ПК с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими компьютерами. Внешние устройства весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды внешних устройств:

· внешние запоминающие устройства (ВЗУ);

· диалоговые средства пользователя;

· устройства ввода информации;

· устройства вывода информации;

· средствасвязи и телекоммуникации.

Внешние запоминающие устройства ПК – это те же ЗУ, выполненные как отдельный конструктивный блок, как правило, имеющие свой блок питания. Часто ВЗУ имеют большую емкость, иногда вмещают несколько накопителей в одном корпусе. ВЗУ допускают оперативное их подключение к различным ПК (иногда одновременное). При наличии нескольких ПК удобно иметь, например, одно дорогое внешнее устройство для перезаписи компакт-дисков, одно-два устройства для дисков ZIP (устройство для хранения данных на 3,5-дюймовых дискетах емкостью 100 - 120 Мбайт) или магнитооптических носителей.

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав мониторы, разнообразные устройства ввода и устройства речевого ввода-вывода информации. Устройства речевого ввода-вывода относятся к быстроразвивающимся средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода – это различные микрофонные акустические системы (например, «звуковые мыши») со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком слова, идентифицировать их и выдавать компьютеру соответствующие команды или преобразовывать речь в текст. 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 – для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей;

· манипуляторы (устройства указания): джойстик, мышь, трекбол, световое перо и др. – для ввода графической информации на экран монитора путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их 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.

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (интерфейсные адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ПК и компьютерным сетям (сетевые интерфейсные платы, модемы).

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе – средствам мультимедиа[5].

К средствам мультимедиа относятся:

· устройства речевого ввода и вывода информации;

· сканеры (поскольку они позволяют автоматически вводить в компьютер печатные рисунки);

· высококачественные видео- и звуковые 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;

· запоминающие устройства большой емкости на оптических дисках, часто используемые для записи звуковой и видеоинформации.