Учитель информатики
Информатика. 7 класса. Босова Л.Л. Оглавление
Одним из важных объектов, изучаемых на уроках информатики, является компьютер, получивший своё название по основной функции — проведению вычислений (англ, computer — вычислитель).
Первый компьютер был создан в 1945 г. в США. Познакомиться с историей компьютеров вы можете, совершив виртуальное путешествие по музеям вычислительной техники. Так, много интересной информации о компьютерах можно узнать, посетив Виртуальный музей информатики (informat444. narod.ru). Обратите внимание, что для обозначения компьютерной техники 1940-1970-х годов часто используется аббревиатура ЭВМ (электронная вычислительная машина).
Современный компьютер — универсальное электронное программно управляемое устройство для работы с информацией.
Универсальным устройством компьютер называется потому, что он может применяться для многих целей — обрабатывать, хранить и передавать самую разнообразную информацию, использоваться человеком в разных видах деятельности.
Современные компьютеры могут обрабатывать разные виды информации: числа, текст, изображения, звуки. Информация любого вида представляется в компьютере в виде двоичного кода — последовательностей нулей и единиц. Некоторые способы двоичного кодирования представлены на рис. 2.1.
Информацию, предназначенную для обработки на компьютере и представленную в виде двоичного кода, принято называть двоичными данными или просто данными. Одним из основных достоинств двоичных данных является то, что их копируют, хранят и передают с использованием одних и тех же универсальных методов, независимо от вида исходной информации.
Способы двоичного кодирования текстов, звуков (голоса, музыки), изображений (фотографий, иллюстраций), последовательностей изображений (кино и видео), а также трёхмерных объектов были придуманы в 80-х годах прошлого века. Позже мы рассмотрим способы двоичного кодирования числовой, текстовой, графической и звуковой информации более подробно. Теперь же главное — знать, что последовательностям 1 и 0 в компьютерном представлении соответствуют электрические сигналы — «включено» и «выключено». Компьютер называется электронным устройством, потому что он состоит из множества электронных компонентов, обрабатывающих эти сигналы.
Обработку данных компьютер проводит в соответствии с программой — последовательностью команд, которые необходимо выполнить над данными для решения поставленной задачи. Как и данные, программы представляются в компьютере в виде двоичного кода. Программно управляемым устройством компьютер называется потому, что его работа осуществляется под управлением установленных на нём программ. Это программный принцип работы компьютера.
Современные компьютеры бывают самыми разными: от мощных компьютерных систем, занимающих целые залы и обеспечивающих одновременную работу многих пользователей, до мини-компьютеров, помещающихся на ладони (рис. 2.2).
Сегодня самым распространённым видом компьютеров является персональный компьютер (ПК) — компьютер, предназначенный для работы одного человека.
Основные функциональные устройства компьютеров.
Конфигурацию ПК можно изменять по мере необходимости. Но, существует понятие базовой конфигурации, которую можно считать типичной:
Компьютеры выпускаются и в портативном варианте (laptop или notebook выполнение). В этом случае, системный блок, монитор и клавиатура размещены в одном корпусе: системный блок находится под клавиатурой, а монитор встроен в крышку.
Системный блок — основная составляющая ПК, в середине которой находятся важнейшие компоненты. Устройства, находящиеся в середине системного блока называют внутренними, а устройства, подсоединенные извне называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода и вывода информации называются также периферийными.
По внешнему виду, системные блоки отличаются формой корпуса, который может быть горизонтального (desktop) или вертикального (tower) выполнение. Корпусы вертикального выполнения могут иметь разные размеры: полноразмерный (BigTower), среднеразмерный (MidiTower), малоразмерный (MiniTower). Корпусы горизонтального выполнения бывают двух форматов: узкий (Full-AT) и очень узкий (Baby-AT). Корпусы персональных компьютеров имеют разные конструкторские особенности и дополнительные элементы (элементы блокировки несанкционированного доступа, средства контроля внутренней температуры, шторки от пыли).
Корпусы поставляются вместе с блоком питания, мощность которого является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность 200-250 Вт.
Основные узлы системного блока:
электрические платы, руководящие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.п.);
накопитель на жестком диске (винчестер), предназначенный для чтения или записи информации;
накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков (дискет).
Основной платой ПК является материнская плата (MotherBoard), которая является главной платой в компьютере, блок питания, накопители на дисках, разъемы для подключения дополнительных устройств, платы расширения с контроллерами (адаптерами внешних устройств);
На системной материнской плате размещены:
процессор — основная микросхема, выполняющая математические и логические операции;
чипсет (микропроцессорный комплект) — набор микросхем, которые руководят работой внутренних устройств ПК и определяют основные функциональные возможности материнской платы;
генератор тактовых импульсов;
микросхемы ПЗУ и ОЗУ;
адаптеры клавиатуры, дисков;
контроллер прерываний (прерывание – временный останов программы для срочного выполнения более важной на данный момент операции);
шины — набор проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — набор микросхем, предназначенных для временного сохранения данных, пока включен компьютер;
постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, даже при отключенном компьютере;
разъемы для подсоединения дополнительных устройств (слоты);
таймер и др.
Т.е. мы видим, что внутри проц. блока находится много электронных компонентов. Они связаны друг с другом системой проводников – шинами (конструктивно выполнены на матплате), а специальные контроллеры распределяют сигналы между компонентами.
Главную системную шину компьютера образуют (начиная с IBM HC/AT 286) шина данных и адресная шина с контроллером. С помощью сигналов шины данных процессор осущ. обмен данными с теми яч. памяти, адреса которых выставлены на адресной шине. Главную шину можно рассматривать как самостоятельное устройство, позволяющее подключать большое число самых разнообразных устройств. Основной стандарт для этой шины – ISA (EISA); благодаря ему сохраняется принцип открытой архитектуры – позволяющий подключать к материнской плате дополнительные устройства через специальные разъемы слоты. предназначен для 8-разрядных устройств, EISA предназначен для 16 разрядных устройств и 32 разрядных процессоров.
Для наращивания производительности новой техники было принято не совершенствовать главную шину, а создавать новые локальные шины для подключения периферийных устройств, нуждающихся в повышенной скорости передачи данных. ISA постепенно утрачивала свое значение, т.к. многие дополнительные платы, такие как контроллеры дисков, видеокарты, звуковые карты «отрывались» от главной шины и подключились к локальной. Выпуск устройств, совместимых с ISA практически прекращен. На сегодняшний день приняты следующие стандарты локальной шины – VLB (в основном для связи с видеоадаптером), PCI (32 р., 33 МГц, более универсальна – для связи с большим количеством устройств), AGP (66 МГц, работает быстрее, чем PCI, по сути является графическим ускорителем), USB (позволяет присоединить несколько дополнительных устройств без выключения компьютера).
Микропроцессор – основной компонент компьютера. В больших компьютерах занимает целую стойку и называется центральным процессором. Микропроцессор – центральный процессор CPU — функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.
МП с другими участниками процесса обработки информации связан шинами данных, адресной и управляющей, с помощью которой в процессор вводятся команды. Разрядность шины данных микропроцессора (МП) определяет разрядность ПК в целом. МП можно разделить на три группы:
— CISC – с полным набором команд;
— RISC – с сокращенным набором команд;
— MISC – с минимальным набором команд (очень высокое быстродействие).
Функционально МП состоит из двух частей:
— операционной, содержащей устройство управления, арифметико-логическое устройство и микропроцессорную память;
— интерфейсной, содержащей адресные регистры микропроцессорной памяти, блок регистров команд, схемы управления шиной и портами.
Главное требование к МП – производительность. Он работает в том ритме, который ему задает тактовый генератор. Чем выше частота — тактовая частота, которую задает генератор, тем быстрее работает процессор.Тактовая частота измеряется в Гц (1 мегагерц – это миллион тактов в секунду). Ученые и инженеры все время пытаются улучшить эту характеристику, преодолевая на пути своих разработок физические проблемы – на высоких частотах меняются свойства проводников. Сегодня нормой является частота 3 ГГц. Ячейка МП – регистры. В отличие от ячеек памяти, в регистрах данные не только хранятся, но и преобразуются по командам, поступающим по управляющей шине. Совокупность команд, которые может выполнять конкретный МП – это его система команд. Компьютеры программно несовместимы, когда программа, написанная для компьютера с одним процессором не м/б выполнена на компьютере с др. МП. (Пример – программы для IBM нельзя использовать на Макинтошах, но данные можно кодировать так, что их можно использовать на совершенно разных компьютерах).
В настоящее время выпускается несколько сотен различных микропроцессоров, но наиболее популярными и распространенными являются МП фирмы Intel и Intel–совместимые. Наиболее конкурентно способными являются МП ATHLON фирмы AMD. При несколько меньшей тактовой частоте эти МП не уступают в производительности МП фирмы Intel. В кристалл интегрирована КЭШ-память, работающая на той же частоте. Отпала необходимость в использовании процессорных картриджей и можно опять располагать горизонтально разъем с отверстиями для ножек процессора.
Оперативная память предназначена для хранения данных во время работы ПК. На свойства компьютера влияют три фактора, связанных с ОП: объем, тип, конструктив. Размер ОП измеряется мегабайтах. При переводе из байт в мега- или килобайты получаются некруглые числа (для десятичной системы). Чем меньше памяти, тем медленней работает компьютер. Допустим, объем файла данных более объема ОП. ОС заполняет свободный ресурс памяти, а на жестком диске создает файл подкачки размером, «непоместившимся» в ОП – виртуальную память. Компьютер «думает», что у него память равна объему обрабатываемого файла. Но МП о жестком диске не знает и всю информацию ищет в ОП. ОС перехватывает его обращение, тормозит работу над задачей и меняет содержимое ОП данными из виртуальной памяти. ЖД – механическое устройство, не может работать со скоростью электронов в микросхемах. Следовательно работа ПК замедляется. Если диск часто трещит – не пора ли добавить памяти?
Тип памяти влияет на ее быстродействие, которое измеряется в наносекундах. Сегодня наиболее распространены микросхемы типа SDRAM со временем доступа 4-10 нс. Более быстрая память стоит дороже. Новые типы памяти – DDR SDRAM и DRD RAM предполагают обращение к памяти с более высокой частотой, чем частота матплаты. DDR SDRAM – удвоенную частоту, DRD RAM учетверенную. При приобретении памяти нужно задавать вопросом о ее совместимости с форматом разъема памяти.
В виде отдельных (Single Inline Memory Module) — модулей ОП начала устанавливаться на материнские платы ПК 3 поколения. На современных ПК устанавливаются DIMM (Dual Inline Memory Module) – модули. Конструктивно SIMM выглядит как множество микросхем (8), установленных на плату удлиненной формы, а DIMM – просто как удлиненная плата.
Видеокарта – видеоадаптер, видеоконтроллер служит для вывода графической информации на экран.
MDA – монохромный дисплейный адаптер был первым стандартом. На экран выводилась только текстовая информация.
CGA – цветной графический адаптер воспроизводил одновременно 4 цвета из 16 возможных.
EGA — одновременно производил до 16 цветов, выбираемых из 64 возможных.
VGA – появился в компьютерах 2 поколения (286), воспроизводят два режима работы 640х480х16 и 320х200х256 (1-горизонталь, 2- вертикаль – графическое расширение, 3 – цветовое разрешение или глубина цвета).
SVGA — режим VGA, увеличенный «сверху», т.е. увеличивается видеопамять – увеличивается графическое разрешения и количество цветов, воспроизводимых одновременно.
Назначение видеоадаптера – освободить процессор от управления выводом изображения на экран, а память хранить эти изображения. Адаптеры с доп. функцией по автоматической обработке этих операций называется графическим ускорителем.
Звуковая карта — т.к. изначально ПК не был предназначен для обработки звуковой информации, стандарты на звуковое оборудование до сих пор не обозначены строго. Основным стандартом считается оборудование компании CREATIVE Labs. Основной параметр – разрядность. Чем выше разрядность, тем выше качество звука (сегодня – 32 р.). Карта освобождает процессор от обработки звука.
Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 1709; Нарушение авторского права страницы
lektsia.com 2007 — 2022 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.027 с.) Главная | Обратная связь
Архитектура персонального компьютера. Назначение основных узлов. Функциональные характеристики компьютера
В результате изучения данной части студент должен изучить технические средства реализации информационных процессов; информационно-логические основы построения персонального компьютера, его функционально-структурную организацию; основные функциональные устройства, их назначение и характеристики; принцип программного управления: работа блоков ЭВМ по заданной программе; основные внешние устройства ПК; тенденции развития средств вычислительной техники.
Компьютер — это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.
В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом:
1. Принцип программного управления — программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
2. Принцип однородности памяти — программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.
3. Принцип адресности — основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.
Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных.
Компьютеры, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру.
Архитектура компьютера определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера, к которым относятся:
Конструктивно персональные компьютеры выполнены в виде центрального системного блока, к которому через специальные разъемы присоединяются другие устройства.
В состав системного блока входят все основные узлы компьютера:
— накопитель на жестком магнитном диске;
— накопитель на гибком магнитном диске;
— накопитель на оптическом диске;
— разъемы для дополнительных устройств.
Структурная схема персонального компьютера
На системной (материнской) плате в свою очередь размещаются:
— генератор тактовых импульсов;
— контроллеры внешних устройств;
— звуковая и видео карты;
Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный принцип обмена информацией. Все контроллеры устройств взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, называемую системной шиной. Системная шина выполняется в виде печатного мостика на материнской плате.
Системная шина является основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех его устройств между собой. 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.
Порты ввода-вывода всех устройств через соответствующие разъемы (слоты) подключаются к шине либо непосредственно, либо через специальные контроллеры (адаптеры).
Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками компьютера и состоит из оперативно- запоминающего устройства (ОЗУ) и постоянно запоминающего устройства (ПЗУ)
Внешняя память используется для долговременного хранения информации, которая может быть в дальнейшем использована для решения задач.
Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических символов, частота которых задает тактовую частоту компьютера. Промежуток времени между соседними импульсами определяет такт работы машины.
Источник питания — это блок, содержащий системы автономного и сетевого питания компьютера.
Таймер — это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие автоматический съем текущего момента времени. Таймер подключается к автономному источнику питания и при отключении компьютера от сети продолжает работать.
Внешние устройства компьютера обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими компьютерами.
Основными функциональными характеристиками персонального компьютера являются:
1) Производительность, быстродействие, тактовая частота.
Производительность современных ЭВМ измеряют обычно в миллионах операций в секунду.
2) Разрядностьмикропроцессора и кодовых шин интерфейса
Разрядность — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.
3) Типы системного и локальных интерфейсов.
Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды.
4) Емкость оперативной памяти.
Емкость оперативной памяти измеряется обычно в Мбайтах. Многие современные прикладные программы с оперативной памятью, имеющей емкость меньше 16 Мбайт просто не работают либо работают, но очень медленно.
5) Емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера).
Емкость винчестера измеряется обычно в Гбайтах.
6) Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках
Сейчас применяются накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты диаметром 3,5 дюйма, имеющие стандартную емкость 1,44
7) Наличие, виды и емкость КЭШ-памяти
КЭШ-память — это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операции с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. Наличие КЭШ-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность персонального компьютера примерно на 20%.
8) Типвидеомонитора и видеоадаптера.
9) Наличие и тип принтера.
10) Наличие и тип накопителя на компакт дисках CD ROM.
11) Наличие и тип модема.
12) Наличие и виды мультимедийных аудио-видео средств.
13) Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.
14) Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ.
Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ означает возможность использования на компьютере, соответственно, тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.
15) Возможность работы в вычислительной сети.
16) Возможность работы в многозадачном режиме
Многозадачный режим позволяет выполнять вычисления одновременно по нескольким программам (многопрограммный режим) или для нескольких пользователей (многопользовательский режим).
Надежность — это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции.
