КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Основные компоненты персонального компьютера (ПК)
Архитектура ЭВМ включает как структуру, что отображает состав ПК, так и программно–математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джоном фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ. Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рис. 1.
Рис.1 Логическая схема компьютера
Разнообразие современных компьютеров чрезвычайно большое, однако в общем ее структура базируется на общих логических принципах, которые позволяют выделить в любом компьютере основные устройства. Положение фон Неймана: · Компьютер состоит из нескольких основных устройств (запоминающее устройство, процессор, устройство ввода и вывода). Запоминающее устройство, к функциям которого относятся: а) прием информации от других устройств; б) запоминание информации; в) выдача информации по запросу в другие устройства ПК. · Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представленные в двоичной форме · Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве Процессор реализует такие функции: а) обработки данных с помощью заданной программы путем выполнения арифметических и логических операций. · Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, которая хранится в памяти; · б) программного управления работой устройств компьютера: · Устройство управления – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками) · Устройства ввода и вывода для введения и выведения информации. Перечисленные устройства объединены каналами связи, которыми передается информация. Один из самых важных принципов – принцип программности – требует, чтобы программа хранилась в память машины так же, как в ней хранится начальная информация. Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом. Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, которая поступает из памяти и внешних устройств. Запоминающие устройства обеспечивают хранение начальных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: · оперативные (ОЗУ) · сверхоперативные (СОЗУ) · постоянные (ПЗУ) · внешние (ВЗУ) запоминающие устройства. Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно сейчас (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится чаще всего используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступная процессору. Проанализируем данную логическую схему. Для решения определенной задачи на компьютере составляется программа, которая вместе с данными, которые подлежат обработке, размещается в запоминающем устройстве. После размещения программы происходит ее выполнение: в устройство управления поступают коды операций (что делать), а в арифметико-логическое устройство – данные (с чем работать). Устройство управления образует сигналы, которые поступают на другие устройства, которые обеспечивают выполнение данной операции. Потом с запоминающего устройства выбирается другая команда и организуется ее выполнение. Этот процесс продолжается до окончания всей программы. Любой компьютер рассматриваются как совокупность его функциональных элементов и взаимосвязей между ними. Структура компьютера графически изображается в виде структурных схем (рис.2), с помощью которых можно предоставить описание компьютера на любом уровне детализации.
Рис.2 Структурная схема ПК
Итак, современный ПК состоит из таких основных конструктивных компонентов: · системного блока; · монитора; · клавиатуры; · манипуляторов; · дополнительных устройств (сканер, принтер, Web-камера и тому подобное). В системном блоке размещаются: · материнская плата; · процессор; · система охлаждения; · оперативное запоминающее устройство; · постоянное запоминающее устройство; · блок питания; · накопитель на жестких магнитных дисках; · кадр-ридер; · платы расширения; · видео-адаптер; · звуковая карта; · накопитель CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray Disc и тому подобное. Аппаратное обеспечение современных ПК строится на принципе открытой архитектуры, который заключается: · регламентируется и стандартизируется только описание принципов действия компьютера и его конфигурации. Т.е., компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями; · компьютер легко расширяется и модернизируется за счет наличия внутренних слотов расширения, которые отвечают определенному стандарту. Разнообразные устройства компьютера соединены между собой с помощью интерфейса. Интерфейс – это совокупность средств и правил, которые обеспечивают взаимодействие двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласовываются между собой. Каждый из функциональных элементов (память, монитор или др. устройства) связан с шиной определенного типа – адресной, управляющей или шиной данных. Для согласования интересов периферийные устройства подключаются к шине не непосредственно, а через свои контролеры (адаптеры) и порты по схеме: Основные электронные компоненты компьютера, которые определяют архитектуру процессора, размещаются на главной плате, которая называется системной или материнской (англ.—MotherBoard). Контролери и адаптеры дополнительных устройств выполняются в виде плат расширения (англ. – DaughterBoard) и присоединяются к шине с помощью слотов расширения. Материнская плата является главной в системном блоке и содержит такие компоненты: · центральный процессор; · постоянная и оперативная память; · кэш-память; · контролеры; · интерфейсные схемы шин; · слоты расширения; · обязательные системные средства ввода-вывода и др. Системные платы выполняются на основе набора микросхем, которые называются чипсетами (англ. – ChipSets). В слоты расширения системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и др.
Центральный микропроцессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) – небольшая микросхема, которая выполняет все вычисления и обработку информации) – это ядро ПК. В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel и совместимые с ними микропроцессоры других фирм. Компоненты микропроцессора: · АЛУ выполняет логические и арифметические операции; · шина данных и шина адресов; · Устройство управления - управляет всеми устройствами ПК · Регистры используются для хранения данных и адресов; · Счетчики команд; · Кэш – быструю память малого объема (до 2 Мбайт); · Математический сопроцессор чисел с плавающей точкой. · Схема управления шиной и портами – осуществляет подготовку устройств к обмену данными между микропроцессором и портом ввода – вывода, а также управляет шиной адреса и управления. Основные характеристики процессора: · Разрядность – число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. Большинство современных процессоров – это 32–разрядные процессоры, но выпускаются и 64 - разрядные процессоры. · Тактовая частота – количество циклов работы устройства за единицу времени (МГц). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность. · Наличие встроенного математического сопроцессора · Наличие и размер Кеш- памяти. Оперативная память Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM) - область памяти, предназначенная для хранения информации на протяжении одного сеанса работы с компьютером. Конструктивно ОЗУ выполнено в виде интегральных микросхем. Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов – битов, объединенных в группы по 8 битов, которые наз. байтами. Все байты пронумерованы, номер байта наз. его адресом. Из нее процессор прочитывает программы и начальные данные для обработки в свои регистры, у нее записывает полученные результаты. Название “оперативная” эта память получила потому, что она работает очень быстро, в результате процессору не приходится ожидать при чтении или записи данных в память. Однако быстродействие ОЗУ ниже быстродействия регистров процессора, поэтому перед выполнением команд процессор переписывает данные из ОЗУ в регистры. По принципу действия различают динамическую память и статическую. Ячейки динамической памяти являются микроконденсаторами, которые накапливают заряд на своих обкладках. Ячейки статической памяти являются триггерами, которые могут находиться в двух устойчивых состояниях. Различают два вида памяти: внутреннюю и внешнюю. 1. В состав внутренней памяти входят: · Оперативная память; · Кэш-память; · Специальная память. Оперативная память (ОЗУ, англ. –RAM, Random Access Memory память с произвольным доступом) – это быстрое ззапоминающее устройство небольшого объема, которое непосредственно связанно с центральным микропроцессором и предназначено для записи, считывания и хранения данных и программ. Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ (до выключения компьютера). Доступ к элементам ОП прямой, то есть каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. Основные параметры, которые характеризуют ОЗУ – это ёмкость и время обращения к памяти. ОЗУ типа DDR SDRAM (синхронная память с двойной скорость передачи данных) считается самой перспективной для ПК. На сегодня объем ОЗУ составляет от 512 Мбайт до 4 Гбайт. Кэш-память (англ. Cash) Компьютеру необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать, и быстродействие компьютера уменьшится. Поэтому современные компьютеры оснащаются Кэш-памятью или сверхоперативной памятью. При наличии Кэш-памяти данные с ОЗУ сначала переписываются в нее, а затем в регистры процессора. При повторном обращении к памяти сначала производится поиск нужных данных в Кэш-памяти и необходимые данные из Кэш-памяти переносятся в регистры, поэтому повышается быстродействие. Современные микропроцессоры имеют встроенную память, так называемый кэш первого уровня (8, 16, 32 Кбайт). Кроме того, на системной плате может быть установлен кэш второго уровня емкостью до 2 Мбайт. Кэш-памятью управляет специальное устройство – контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предусмотреть, какие данные и команды понадобятся в ближайшее время процессору, и загружает их в кэш-память. К устройствам специальной памяти принадлежат: · постоянная память(ПЗУ, ROM) · перепрограммированная постоянная память (Flash Memory) · память CMOS RAM, которая питается от батареи · видеопамять и др. Постоянная память (ПЗУ. англ. ROM, Read Only Memory – память только для чтения) – энергонезависимая память, которая используется для хранения неизменных данных. С ПЗУ можно только читать. Перепрограммированная постоянная память (Flash Memory) – которая допускает многократную перезапись ячеек памяти с дискеты. Самая важная микросхема постоянной или Flash-памяти – модуль BIOS (англ. Basic Input/Otput System – базовая система ввода вывода) – это совокупность программ, предназначенных для тестирования устройств после включившее компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память. CMOS RAM – это память с низкой скоростью и минимальным энергопотреблением от батареи, используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера. Содержание CMOS изменяется специальной программой Setup, которая находится в BIOS. Видеопамять (VRAM) для хранения графической информации, ее содержание доступно одновременно двум устройствам – процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране изменяется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.
2. Внешняя память(ВЗУ) – для длительного хранения программ и данных, целостность которых не зависит от состояния работы компьютера. В отличие от внутренней, внешняя память не имеет непосредственной связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и, наоборот, перемещается по схеме: В состав внешней памяти компьютера входят: · накопители на флопи-дисках; · накопители на жестких магнитных дисках · накопители на оптических дисках · флэш-память. Накопитель на жестких магнитных дисках (англ. HDD – Hard Disk Drive), или винчестерный накопитель - этозапоминающееустройство большой емкости, в котором носителями информации служат круглые алюминиевые пластины, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Рабочие поверхности пластины разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки – на сектора. Имеют большой объем памяти – до 400 Гбайт. Винчестерный накопитель связан с процессором через контролер жесткого диска. В накопителях на оптических дисках носителем информации выступает CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory – компакт-диск, из которого существует возможность только чтения).CD-ROM – прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1.2 мм, на одну сторону которого напилен слой алюминия, защищенный от повреждения слоем прозрачного лака. Информация на диске представлена в виде последовательности углублений и выступов, размещенных на спиральной дорожке. Емкость CD достигает 780 Мбайт. В связи со стремительным развитием информационных технологий, на смену технологиям CD-ROM пришли технологии CD-R и CD-RW (возможность соответственно записи и перезаписи дисков) а также технологии цифровых видеодисков DVD. DVD-диски имеют тот же размер, но вмещают данные объемом до 17 Гбайт (двухслойные, двусторонние диски). Следующим поколением формата оптических дисков есть технология Blu-ray (Blu-rayDisc или сокращен BD). Они аналогичны CD-дискам, имеет большую информационную емкость: на один слой – 25 вместо 15 Гбайт в DVD. Флэш-память – разновидность полупроводниковой энергонезависимой памяти. Преимуществом является отсутствие подвижной части, поэтому она более компактная, дешевая и обеспечивает более быстрый доступ. Недостатком является малый объем.
Монитор – это устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков и т.п.). До недавнего времени большинство мониторов были сконструированы на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и принцип их работы был аналогичный принципу работы телевизора на базе ЭЛТ. Сегодня широкого распространенияприобрели жидкокристаллические мониторы. Жидкие кристаллы – это особенное жидкое состояние некоторых органических веществ, в котором они способны образовывать пространственные структуры. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Современные 17-дюймовые ЖК-мониторы имеют разрешающую способность 1280*1024, занимают в 3-4 раза меньше места, и в столько же раз легче, потребляют меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн. Клавиатура – для введения информации и управления работой ПК. Наиболее распространенная клавиатура с раскладкой клавиш QWERTY («кверти»). Компьютерная клавиатура имеет такие части: 1. функциональные клавиши 2. управляющие клавиши 3. малая цифровая клавиатура 4. алфавитно-цифровые клавиши.
|