Самое главное о компьютерах

Принцип работы компьютера

Сведения, приведенные в этом разделе, при повседневной работе с компьютером могут не понадобиться. Однако общее представление о принципе действия компьютера иметь необходимо – это может помочь при решении некоторых внезапных проблем.

«Сердцем» компьютера без преувеличения является процессор. Его часто обозначают английской аббревиатурой CPU, то есть Central Processor Unit. Процессор – очень сложное устройство, основная функция которого – выполнение программ.

Каждый тип процессора имеет свою систему команд. Процессору передаются специальные числовые последовательности, которые в соответствии с его внутренней таблицей интерпретируются им как определенные команды. Например, в системе команд процессора PDP-11 двоичное число 0110000001000000 означает «сложить число, находящееся в регистре № 1 с числом из регистра № 0 и результат поместить в регистр № 0» (регистры – специальная область процессора для хранения временных данных). В других системах команд то же самое число может интерпретироваться совершенно по-другому или вообще не означать никакой команды. Любая программа поступает в процессор в виде таких двоичных команд, поэтому программу, написанную для одного типа процессора, процессор с другой системой команд исполнить не сможет.

Еще одной важнейшей частью компьютера является запоминающее устройство, или память. Запоминающие устройства можно условно разделить на две категории:

? ПЗУ – постоянное запоминающее устройство (в нем хранятся неизменяемые данные);

? ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (используется для записи и чтения данных).

В ОЗУ могут записываться, например, результаты работы программы для последующего их вывода на какое-либо внешнее устройство. В ПЗУ данные хранятся «вечно», записанные в ОЗУ – безвозвратно теряются при выключении электропитания.

В популярной сегодня английской терминологии ПЗУ называется ROM (ReadOnly Memory), а ОЗУ – RAM (Random Access Memory). В некоторых случаях может использоваться также особый тип памяти, информация из которой не уничтожается при выключении питания, как в ПЗУ, и при этом есть возможность программной записи данных в эту память (как в ОЗУ, только медленнее). Такой тип памяти ранее почти не использовался, но в последние годы получил широкое распространение. Его называют Flash-памятью.

Чтобы процессор мог ориентироваться «на просторах» запоминающего устройства, вся память разделена на ячейки. Каждая ячейка имеет свой уникальный адрес, записанный в виде чисел. Обычно память организована в виде матрицы, и для обращения к ячейке памяти процессор должен задать номер ее столбца и строки. Этим управляют системные сигналы CAS и RAS.

Перед запуском любая программа должна быть целиком или частично загружена с внешнего устройства в оперативную память. Процессор в определенной последовательности считывает из оперативной памяти команды и исполняет их. Для этого в нем имеется специальный регистр – счетчик команд, который всегда содержит адрес ячейки памяти, где расположена команда, которая будет исполняться следующей. Перед началом работы программы этот регистр содержит адрес ячейки памяти, в которую загружена первая команда программы, а во время исполнения каждой команды содержимое счетчика команд автоматически увеличивается до исполнения очередной операции.

Приведенная схема поверхностно описывает процесс выполнения программы. Современные процессоры способны начинать исполнение новой команды до завершения предыдущей, инициировать исполнение нескольких команд сразу и т. п. Но общий принцип остается прежним.

Чтобы «общаться» с человеком, компьютеру необходимы устройства для ввода и вывода информации. В качестве основного устройства ввода сейчас применяется клавиатура с буквенно-цифровыми и управляющими клавишами. Каждая клавиша передает в компьютер уникальный двоичный код, а специальная программа, которая обычно записана в ПЗУ компьютера, преобразует эти коды в вид, приемлемый для использования в программах. Результат работы программы выводится на экран монитора.

Почти всегда результат работы требуется сохранить, чтобы иметь возможность вернуться к нему в другой раз. Для этого, а также для записи самих текстов программ (программного кода) предназначены внешние накопители информации. Сейчас с этой целью, как правило, используются накопители на гибких и жестких магнитных дисках, а также лазерные оптические диски.

Теперь вы имеете представление о принципе работы компьютера и пора перейти к подробному описанию его составляющих. Напомню, что в зависимости от аппаратной платформы и компании-производителя расположение некоторых деталей компьютера может отличаться. Поэтому будем считать, что у пользователя имеется PC в стандартном вертикальном корпусе, таком, как MidiTower.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Суть и назначение компьютера

Первые компьютеры предназначались для математических вычислений. Даже самые простые приборы этой области значительно превосходят возможности людей.

Вторым основным применением стало создание различных баз данных. Современные базы данных, например, правительства или крупного банка, содержат огромное количество информации. Работа с таким объемом информации требует применение сложных компьютеров со специальной системой ввода-вывода и надежным хранением данных.

Третьим назначением является управление различными устройствами, сложной техникой или объектами. Даже в бытовой технике встречаются компьютерные устройства. А что говорить о космических кораблях или атомных электростанциях. Компьютеры позволяют собирать большое количество информации о состоянии системы, мгновенно ее обрабатывать, и принимать оптимальное решение о дальнейшем управлении системой.

Четвёртое. Развитие компьютеров достигло такого уровня, что они стали важным информационным инструментом и в каждом офисе, и в каждом доме. Теперь многая работа с информацией производится через компьютер. Это и набор текста, и просмотр видео и фильмов, навигация в Интернете и развлечение играми.

Пятое. Достижения в данной области позволяют создавать современные суперкомпьютеры. Они предназначены для моделирования очень сложных физических и прочих процессов. Например, для расчетов ядерной реакции или глобальных климатических изменений. Еще одним направлением является создание искусственного интеллекта.

Компьютер принцип работы кратко

Программный принцип работы компьютера

По своему назначению компьютер — это универсальный прибор для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер — это модель человека, работающего с информацией.

Персональный компьютер (ПК) — это компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. По своим характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные (desktop), портативные (laptop и notebook) и карманные (palmtop) модели ПК.

Аппаратное обеспечение. Поскольку компьютер предоставляет все три класса информационных методов для работы с данными (аппаратные, программные и естественные), принято говорить о компьютерной системе как о состоящей из аппаратных и программных средств, работающих совместно. Узлы, составляющие аппаратные средства компьютера, называют аппаратным обеспечением. Они выполняют всю физическую работу с данными: регистрацию, хранение, транспортировку и преобразование как по форме, так и по содержанию, а также представляют их в виде, удобном для взаимодействия с естественными информационными методами человека.

Устройство компьютера. Любой компьютер (даже самый большой)состоит из четырех частей:

• устройства ввода информации
• устройства обработки информации
• устройства хранения
• устройства вывода информации.

Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом. Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах.

Основу компьютеров образует аппаратура, построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств.

Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций

Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации.

Команда — это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.

Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).

Центральный процессор — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Функции процессора:

• обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
• программное управление работой устройств компьютера.

Функции памяти:

• приём информации из других устройств;
• запоминание информации;
• выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Принципы фон-Неймана:

1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности.

2. Принцип адресности. Основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору времени доступна любая ячейка.

3. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Таким образом, компьютер представляет собой совокупность устройств и программ, управляющих работой этих устройств.

Принцип работы компьютера:

· С помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.

· Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы и организует ее выполнение. Команда может задавать:

• выполнение логических или арифметических операций;
• чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций;
• запись результатов в память;
• ввод данных из внешнего устройства в память;
• вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Устройство управления начинает выполнение команды из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему необходимо продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в иной ячейки памяти.

Результаты выполнения программы выводятся на внешнее устройство компьютера.

Компьютер переходит в режим ожидания сигнала от внешнего устройства.

Системное ПО.

Главной частью системного программного обеспечения является операционная система.

Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.

К системному ПО кроме ОС следует отнести и множество программ обслуживающего, сервисного характера. Например, это программы обслуживания дисков (копирование, форматирование), сжатия файлов на дисках (архиваторы) борьбы с компьютерными вирусами и многое другое.

Прикладное программное обеспечение

Для выполнения на компьютере конкретных работ (создания текстов и рисунков, обработки числовых данных и т. д.) требуется прикладное программное обеспечение.

Прикладное программное обеспечение можно разделить на две группы программ: системы программирования и приложения.

Системы программирования являются для программистов-профессионалов инструментами разработки программ на различных языках программирования (Basic, Pascal, С и др.). В настоящее время появились системы визуального программирования (Visual Basic, Borland Delphi и др.), которые позволяют даже начинающему пользователю компьютера создавать несложные программы.

Приложения предоставляют пользователю возможность обрабатывать текстовую, графическую, числовую, аудио- и видеоинформацию, а также работать в компьютерных сетях, не владея программированием.

Практически каждый пользователь компьютера нуждается в приложениях общего назначения, к числу которых относятся: текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, а также приложения для создания мультимедиа-презентаций.

В связи со стремительным развитием глобальных и локальных компьютерных сетей все большее значение приобретают различные коммуникационные программы.

Из-за широкого распространения компьютерных вирусов можно отнести к отдельной группе антивирусные программы.

Для профессиональных целей квалифицированными пользователями компьютера используются приложения специального назначения. К ним относятся системы компьютерной графики, системы автоматизированного проектирования (САПР), бухгалтерские программы, компьютерные словари и системы автоматического перевода и др.

Все большее число пользователей применяет обучающие программы для самообразования или в учебном процессе. Прежде всего, это программы обучения иностранным языкам, программы-репетиторы и тесты по различным предметам

Большую пользу приносят различные мультимедиа-приложения (энциклопедии, справочники и т. д.) на лазерных дисках, содержащие огромный объем информации и средства быстрого ее поиска.

Устройства ввода-вывода

Для организации «общения» с человеком есть необходимость в обязательном обеспечении компьютера устройствами, как ввода, так и вывода информации. Наиболее распространенным и являющимся и по настоящее время основным устройством, которое выступает клавиатура. Ввод информации осуществляется за счет клавиш, на которых представлены буквы, числа и другие символы. Занесение информации в этом случае происходит следующим образом: клавиша передает уникальный, соответствующий ей двоичный код в компьютер, после этого программа, находящаяся в ПЗУ, изменяет полученные ею коды в вид, который можно использовать в программах. Для отображения результатов полученных в ходе работы за компьютером (например, текста, введенного с клавиатуры) нужно подсоединить к нему специальное устройство для вывода информации. Наиболее распространенным из таких устройств является монитор.

Для того чтобы вернуться к результатам проделанной ранее работы, необходимо его сохранить в какой-либо форме. Для этого были разработаны внешние накопители информации, позволяющие записать кроме основных результатов исполняемой программы, еще и ее текстовую составляющую (программный код). До изобретения таких накопителей люди активно использовали перфокарты. Примером их использования может быть запись в 80-х гг. для компьютеров обычных магнитофонных кассет, в этом случае «внешним накопителем информации» выступал магнитофон. В настоящее время для аналогичных целей применяют накопители расположенных на магнитных дисках, а так же лазерные диски.

Таким образом, был разобран общий принцип работы ПК и его составляющие в теории с ориентацией на прошлый опыт. Полученная информация позволит разобраться с той техникой, которая стоит на столах у большинства людей в настоящее время. Расположение тех или иных составных частей компьютера зависит от аппаратной платформы и организации, которая занималась их производством.

Посмотрите видео, в котором поясняется каким образом происходит копирование файла с флешки на рабочий стол ПК.

Как работает компьютер?

Компьютер принимает и обрабатывает данные в соответствии со специальными инструкциями, а результаты обработки отправляет на устройства вывода.

Алгоритмы (наборы команд), программы и все остальные данные хранятся в памяти компьютера, которая разделена на ячейки. Центральное процессорное устройство включает в себя программный счетчик, который нужен для правильного порядка исполнения команд и алгоритмов. Также в состав ЦПУ входит и модуль для контроля порядка команд при обработке данных, арифметический логический модуль, служащий для выполнения компьютером операций арифметики и логики: сложения и сравнения.

Компьютер занимается обработкой введенной (входной) информацией, ее хранением и выводом. Вся информация представляется в виде двоичного (бинарного) кода: то есть нолей «0» (ложь) и единиц «1» (истина), которые также называются логическими переменными. Выделяют следующие программные элементы работы компьютера:

1. Входные данные: существуют различные формы ввода, такие как клавиатура и мышь, микрофон, веб-камера, сканер и др.
2. Память / хранение: компьютер хранит все документы и файлы пользователя на жестком диске, а вот телефоны и бытовые приборы используют другие устройства – флэш-карты памяти.
3. Обработка: она происходит с помощью процессора, которые спрятан глубоко внутри.
4. Вывод: компьютер снабжается монитором, экран которого способен отображать графические данные, так же к ПК часто подключаются колонки для вывода аудиоинформации.

Что же происходит, когда пользователь включает компьютер и запускает произвольную программу? Сначала программа, хранящаяся на жестком диске, загружается в оперативную память и сообщает процессору, какие дополнительные данные необходимо выгрузить в ОЗУ для дальнейшей работы, затем ЦПУ (центральное процессорное устройство) порционно обрабатывает взятую из ОЗУ информацию, выполняет сообщенные алгоритмы и действия, после чего результат выгружает обратно в оперативную память. Когда порции данных для обработки заканчиваются, итоговый результат загружается на жесткий диск и отправляется на хранение.

Например, пользователю необходимо сложить два числа А и В и получить число С. Входные числа будут определены в соответствующие ячейки ОЗУ, а еще одна будет задействована для фиксации результата С. Итак, можно выделить следующие шаги:

Жесткий диск

Выше мы сказали, что процессор может испытывать потребность в «блокноте» для записи тактических результатов операций. Жесткий диск, называемый также «винчестером», — это ресурс, где фиксируются данные на постоянной основе. Своего рода «тетрадь» процессора. Практически значимые для человека результаты вычислений процессора — это файлы: текстовые, графические, мультимедийные. Они-то и хранятся на жестком диске.

Главная характеристика данного аппаратного компонента — объем. Выражается он, по аналогии с принципами, реализованными в ОЗУ, в байтах. На практике — в мегабайтах, гигабайтах и даже терабайтах. Соответственно, чем больше цифра, отражающая объем жесткого диска, тем больше файлов на нем может быть размещено. Еще один показатель производительности «винчестера» — количество оборотов в минуту. Дело в том, что он в буквальном смысле является диском, крутится вокруг своей оси. Чем быстрее, тем оперативнее записываются или считываются файлы.