Компьютерная грамотность с Надеждой
Персональные компьютеры (ПК) являются устройствами с так называемой открытой архитектурой компьютера. Это означает, что в них стандартизированы методы подключения любых периферийных устройств, которые разработчики устройств хотели бы предложить пользователям ПК.
Такой подход позволяет обеспечить конкуренцию производителей, повысить качество и снизить цены для потребителей.
Архитектура современного компьютера (стр. 1 из 4)
Персональный компьютер (ПК) стал обязательным атрибутом в любом современном офисе. Это основная техническая база информационной технологии. Экономист-профессионал XXI века должен обладать обширными знаниями в области информатики, иметь практические навыки по использованию современной вычислительной техники, систем связи и передачи информации, средств оргтехники, знать основы и перспективы развития новых информационных технологий, уметь оценивать информационные ресурсы для принятия оптимальных управленческих решений.
Вместе с тем необходимо учитывать, что неотъемлемой частью профессиональной деятельности современного специалиста управления является его взаимодействие со специалистами в области компьютерных технологий. В этом плане важным фактором эффективности их взаимодействия являются владение специалистами управления основной терминологией компьютерной сферы деятельности, понимание реальных возможностей и особенностей применения компьютерных технологий, умение четко формулировать свои требования как пользователей к подобным компьютерным системам.
Возможности ПК определяются характеристиками его функциональных блоков. Замена одних блоков на другие в настоящее время не представляет собой проблемы, и при необходимости можно достаточно быстро произвести модернизацию ПК. Однако современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно не просто выбрать нужный блок, определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний здесь практически не обойтись.
Цель данной курсовой – изучение архитектуры современного персонального компьютера, рассмотрение основных компонентов архитектуры современного ПК, их предназначения, функционирования во всей системе, их взаимосвязи и взаимодействия, обеспечивающих эффективную работу ПК.
Для поставленной цели нужно решить следующие задачи:
1. Рассмотреть архитектуру современного ПК
2. Изучить основные блоки ПК. Состав и их назначение
3. Исследовать основные внешние устройства ПК
1.Теоретическая часть
1. 1 Архитектура современного ПК
Архитектура компьютера обычно 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 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.[5, с.129]
Компьютер, как и человек, представляет собой систему, в которой уживаются «тело» и «душа».
«Тело» компьютера — это его «железная» аппаратная часть (hardware). Аппаратные средства современных ПК представляют собой совокупность электронных, электромагнитных и электронно-оптических устройств. Каждое устройство может выполнять определенный набор действий (функций). Какое именно действие из набора возможных выполняется в данный момент, определяется комбинацией входных управляющих электрических сигналов. Такая комбинация называется командой.
«Душа» — это оживляющие эту «груду железа» прикладные и системные программы (software).
Достоинствами ПК являются: малая стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя; автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды; гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность 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.
ПК с технической точки зрения можно определить как единую систему, представляющую собой набор сменных компонентов, соединенных между собой стандартными интерфейсами. Компонентом здесь выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы. Интерфейсом называют стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве такового служат разъемы, наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы, стандартный программный код.
В компьютерной индустрии существует набор однотипных компонентов с разными функциональными возможностями (и, соответственно, с разной стоимостью), включаемых в систему по единому интерфейсу. Полное описание набора и характеристик устройств, составляющих данный компьютер, называется конфигурацией ПК.
Существует «минимальная» конфигурация ПК, т.е. минимальный набор устройств, без которых работа ПК становится бессмысленной. Это – системный блок, монитор, клавиатура, мышь. Обычно под набором комплектующих, объединенных понятием «типовой персональный компьютер», понимают следующий их состав: корпус с блоком питания; системная (материнская) плата; процессор; оперативная память; видеоконтроллер; монитор; жесткий диск; клавиатура; мышь; дисковод CD-ROM; дисковод гибких дисков; звуковая карта.[1, с.34-38].
1.2 Основные блоки ПК. Состав и их назначение
Наиболее важными компонентами любого ПК, обусловливающими его основные характеристики, являются: микропроцессор, системная (материнская) плата, интерфейс.
Микропроцессор(МП, CentralProcessingUnit-CPU) – функционально законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем и находящуюся внутри системного блока и установленную на материнской плате. МП – это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.
В состав микропроцессора входят:
устройство управления (УУ) — формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы 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 устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;
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 сопроцессор);
микропроцессорная память (МПП) — служит для кратковременного характера, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, т.к. основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессор;
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. [5, с.130-131].
Основными характеристиками МП являются:
— Быстродействие (количество операций, производимых в 1 сек.; измеряется в бит/сек);
— Тактовая частота (т.е. количество тактов в сек. Такт-промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой-генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов ПК. На выполнение МП каждой операции отводится определенное количество тактов. Чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (Мгц) и гигагерцах (Ггц)) [4, с.20].
— Разрядность (определяется количеством двоичных разрядов, которые МП обрабатывает за один такт) [1, с.44-45].
Системная (материнская) плата. Важнейшим элементом ПК, к которому подключено все то, что составляет сам компьютер. Она служит для объединения и организации взаимодействия других компонентов. По сути, выбор конфигурации ПК начинается с выбора системной платы. На материнской плате размещаются:
· процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
· шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигнала-
ми между внутренними устройствами компьютера;
· оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;
· ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;
· микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;
· разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).
При выборе материнской платы необходимо учитывать следующие ее характеристики: возможные типы используемых МП с учетом их рабочих частот; число и тип разъемов системной шины; базовый размер платы;
возможность наращивания оперативной и кэш-памяти; возможность обновления базовой системы ввода-вывода (BIOS). [3, с.78-79].
Архитектура компьютеров. Основные характеристики компьютеров. Многообразие компьютеров
Архитектура компьютера определяется конструкцией и структурной организацией его функциональных блоков (компонентов), описанием принципов их работы и взаимодействия на аппаратном и программном уровнях.
Основное внимание при рассмотрении архитектуры уделяется главным функциям, выполняемым компьютером: обработке, хранению и обмену информацией.
Архитектура компьютера часто разделяется на отдельные части: аппаратную архитектуру, программную архитектуру, сетевую архитектуру и др.
Архитектура современных компьютеров является открытой, что обеспечивает пользователю возможность подключения различных устройств и их замену, а также необходимостью совместимости аппаратного, программного и информационного обеспечения.
Назначение основных устройств современного компьютера, логическая схема взаимосвязи его функциональных блоков вам уже известна из базового курса информатики.
*Классификация архитектуры компьютера часто строится на характере информационных связей между процессором, памятью и устройствами ввода/вывода.
Основываясь на данной классификации, архитектура всего многообразия персональных компьютеров и электронных вычислительных машин классически может быть сведена к двум структурам:
- структура использования каналов ввода/вывода
- магистральная структура.
Первый тип структуры предполагает, что между центральным процессором и оперативной памятью существует непосредственная связь. Связь между центральным процессором и устройствами ввода/вывода, а также между памятью и этими устройствами осуществляется с помощью специальных процессоров, которые называют каналами ввода/вывода. Это позволяет выполнять одновременно несколько операций ввода/вывода параллельно.
Второй тип структуры предполагает, что взаимодействие центрального процессора, памяти и устройств ввода/вывода выполняется через единое подключение к системной. Системная магистраль используется для передачи данных и адресов.
Рассматривая архитектуру компьютеров, следует выделить особенности использования компьютерной памяти. Отметим, что существуют несколько подходов к хранению команд программ и данных.
Один из подходов предложил известный американский ученый фон Нейман. Он заключается в том, что выполняемые команды программ и данные хранятся в одной и той же области памяти. Команды указывают, что необходимо выполнить и адреса данных, которые необходимо использовать.
Второй подход предполагает, что данные и программы используют разные области памяти.
Подход Неймана позволил упростить устройство процессора. Второй подход позволяет выполнять несколько параллельных операций. Пока одна команда выполняется, вторая выбирается для выполнения.
Процессоры и их характеристики
Центральным устройством любого компьютера является процессор, который располагается на материнской плате, размещенной в системном блоке.
Процессор представляет собой устройство, предназначенное для обработки данных, которые находятся в его регистрах, в оперативной памяти, а также данные, размещенные во внешних портах процессора.
При этом он интерпретирует часть данных, как непосредственно данные, часть – как адресные данные, а часть – как команды. Регистры процессора представляют собой память одинакового небольшого размера (32, 64 бита) и хранят некоторые выполняемые команды программы, адреса этих команд и промежуточные данные.
Для установки процессора на системной плате предназначен разъем, который называется сокет. Сокеты различаются по числу контактов и их расположению.
Работа центрального процессора может быть представлена в виде алгоритма из нескольких основных действий:
1. Найти и выбрать очередную команду программы из памяти компьютера и перенести ее в регистр команд.
2. Определить адрес последующей (будущей) команды.
3. Распознать тип команды, т.е. декодировать ее.
4. Если команде необходимы данные для выполнения, найти эти данные в памяти и перенести их в регистры.
5. Выполнить команду и вернуться к шагу 1 для выполнения следующей команды.
| Существуют различные модели процессоров. Например, корпорация Intel предлагает процессоры Celeron, Pentium, а корпорация AMD — Duron и Athlon и т.д. У каждого типа процессоров есть свои достоинства и недостатки. Обычно выбор процессора основан на соотношении цена/производительность для определенного круга задач. |
Наиболее важными характеристиками современных процессоров является тактовая частота, разрядность, рабочее напряжение, размер кэш-памяти.
Исполнение каждой команды в процессоре занимает определенное количество тактов. Чем выше частота тактов, чем большее число команд может выполнить процессор в единицу времени. Тактовая частота измеряется в герцах и более крупных единицах Мегагерцах (МГц) и Гигагерцах (ГГц). 1 МГц равен одному миллиону тактов в секунду, а один ГГц – миллиард тактов в секунду. Таким образом, тактовая частота определяет важную характеристику процессора – его быстродействие.
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может обработать в своих регистрах за один такт. Разрядность процессоров современных компьютеров 32 или 64 бита.
Рабочее напряжение процессора (измеряется в вольтах) обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы. С развитием вычислительной техники происходило постоянное снижение рабочего напряжения от 5 вольт до 3 вольт. Снижение рабочего напряжения повышает производительность процессора, так как позволяет уменьшить расстояние между структурными элементами в кристалле процессора из-за уменьшения тепловыделения и опасности электрического пробоя.
Скорость выполнения операций внутри процессора осуществляется в десятки раз быстрее, чем при обмене данными с оперативной памятью. Поэтому внутри процессора имеется своя кэш-память, скорость обмена данными с которой значительно выше, чем при обращении к оперативной памяти. Использование ее снижает количество обращений процессора к оперативной памяти компьютера. Повышенный объем кэш-памяти имеют высокопроизводительные процессоры. Например, для процессора Pentium применен 16- килобайтный кэш.
Оперативная память (ОЗУ) используется в основном для размещения выполняемых пользователем программ и данных в течение всего времени работы компьютера. Кроме этого в оперативную память после включения компьютера записываются некоторые программы операционной системы. Эта часть оперативной памяти во время сеанса работы не доступна пользовательским программам.
Постоянная память (ПЗУ) содержит данные, используемые при работе с компьютером, которые при его отключении сохраняются. Данные в ПЗУ обычно записываются в процессе производства (однократно программируемая память). Однако в настоящее время используются электронные перепрограммируемые ПЗУ (многократно программируемая память). Постоянная память может строиться также по типу флэш-памяти.
Каким бы ни был объем внутренней памяти компьютера, его всегда не хватает. В связи с этим большие объемы информации хранятся на внешней памяти, которая размещается на магнитных и оптических дисках.
К внешним носителям информации относится жесткий диск (винчестер). В настоящее время помимо магнитных дисков широко используются оптические (лазерные) диски.
1. Персональный компьютер или ПК – это вид компьютера, предназначенный для общего использования одним человеком. Обычно это компьютер под управлением операционной системы Windows или Mac. ПК впервые стали известны как «микрокомпьютеры», так как они были уменьшенной копией компьютеров, используемых на предприятиях – а в те времена компьютеры были действительно огромными. На сегодняшний день к персональным ПК относятся ноутбуки и планшеты вроде айпада.
2. Настольный ПК – это компьютер, который не предназначен для переноса, а расположен на постоянном месте, например, за рабочим столом. Настольные компьютеры предлагают высокую производительность, много места для хранения данных при меньших затратах, чем портативные компьютеры, вроде ноутбуков и планшетов. Сегодня, если мы говорим о компьютере игромана, то это наверняка настольный ПК.
3. Портативный компьютер – также называются ноутбуками и объединяют в себе экран, клавиатуру и тачпад, процессор, память и жесткий диск, и все это работает от аккумулятора.
4. Нетбук – это ультра-портативные компьютеры, которые даже меньше, чем традиционные ноутбуки. Также они крайне эффективны экономически, в результате их стоимость составляет от 5 до 15 тысяч рублей в розничных торговых точках. Но внутренние компоненты нетбуков менее мощны, чем у ноутбуков.
5. КПК – карманный персональный компьютер, который тесно связан с интернетом и интеграцией с персональным компьютером, часто использует флеш-память в качестве основной. Эти компьютеры обычно не имеют клавиатуры, а полагаются на технологии сенсорного ввода. КПК размером со смартфон или чуть больше.
6. Рабочая станция – это просто настольный компьютер, который имеет более мощные технические характеристики и расширенные возможности для выполнения специализированных задач, например, обработка звука, монтаж видео, обработка 3D-графики или разработка компьютерных игр.
7. Сервер – компьютер, который оптимизирован и настроен для оказания услуг другим компьютерам в сети. Сервера обычно имеет более мощные технические характеристики и больший объем жестких дисков. Сервера могут заполнять целые комнаты, называемые дата-центрами.
2 Принцип работы машины фон Неймана
Машина фон Неймана — устройство, которое состоит из запоминающего устройства (памяти) ‒ ЗУ, арифметико-логического устройства ‒ АЛУ, устройства управления – УУ, а также устройств ввода и вывода (рис. 3.1).
Программы и данные вводятся в память из устройства ввода через арифметико-логическое устройство. Все команды программы записываются в соседние элементы памяти, а данные для обработки могут содержаться в произвольных каморках. В любой программе последняя команда должна быть командой завершения работы.
Рисунок 3.1 – Схема машины фон Неймана
Команда состоит из указания, какую операцию нужно выполнить (из возможных операций на данном «железе») и адресов элементов памяти, где хранятся данные, над которыми нужно выполнить указанную операцию, а также адреса ячеек, куда нужно записать результат (если его нужно сохранить в ЗУ).
Арифметико-логическое устройство выполняет указанные командами операции над указанными данными.
Из арифметико-логического устройства результаты выводятся в память или устройство вывода. Принципиальное отличие между ЗУ и устройством вывода заключается в том, что в ЗУ данные хранятся в виде, удобном для обработки компьютером, а на устройстве вывода (принтер, монитор и др.) поступают так, как удобно человеку.
УУ руководит всеми частями компьютера. От устройства, которое управляет, на другие устройства поступают сигналы «что делать», а от других устройств УУ получает информацию об их состоянии.
Устройство, которое управляет, содержит специальный регистр, который называется «Счетчик команд». После загрузки программы и данных в память в счетчик команд записывается адрес первой команды программы. УУ прочитывает из памяти содержимое элемента памяти, адрес которой находится в счетчике команд, и помещает его в специальное устройство – «Регистр команд». УУ определяет операцию команды, «отмечает» в памяти данные, адреса которых указаны в команде, и контролирует выполнение команды. Операцию выполняет АЛУ или аппаратные средства компьютера.
