Урок 3. Как работает компьютер
Для успешного «общения» с компьютером вредно воспринимать его как черный ящик, который вот-вот выдаст что-то неожиданное. Чтобы понимать реакцию компьютера на Ваши действия, нужно знать как он устроен и как работает.
В этом IT-уроке узнаем, как работает большинство вычислительных устройств (к которым относятся не только персональные компьютеры).
Во втором уроке мы разобрались, что компьютер нужен для обработки информации, её хранения и передачи. Посмотрим же, как происходит обработка информации.
Самое главное
В аппаратном обеспечении компьютера различают устройства ввода, обработки, хранения и вывода информации. Устройства ввода информации — это клавиатура, мышь, сканер, микрофон и др. Устройство обработки информации — процессор. Устройства хранения информации — оперативная память, жёсткие диски, компакт- диски, флэш — накопители. Устройства вывода информации — монитор, принтер, акустические колонки.
1. Из каких основных устройств состоит компьютер?
2. Как называется устройство обработки информации?
3. Какие вы знаете устройства хранения информации?
4. Что входит в состав аппаратного обеспечения компьютера?
Из чего состоит CPU
Центральный процессор состоит из 3-х частей:
- Ядро процессора, которое выполняет основную работу. Оно позволяет читать, расшифровывать, выполнять и отправлять инструкции. Ядро состоит из следующих частей:
- Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Выполняет основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе.
- Устройство управления (УУ). Управляет работой CPU с помощью электрических сигналов. От него зависит согласованность работы всех частей процессора и его связь с внешними устройствами.
Каждое ядро может выполнять только одну задачу, хоть и за долю секунды. Одноядерный процессор выполняет каждую задачу последовательно. Для современного объёма операций этого мало, поэтому ценятся CPU с более чем одним ядром, чтобы выполнять несколько задач одновременно. Например, двухъядерный выполняет две задачи одновременно, трехъядерный ― три и т. д.
- Запоминающее устройство. Это небольшая внутренняя память центрального процессора. Она состоит из регистров и кеш-памяти. В регистрах хранятся текущие команды, данные, промежуточные результаты операции. В кеш-память загружаются часто используемые команды и данные из оперативной памяти. Обратиться в кеш быстрее, чем в оперативную память, поэтому объём кеш-памяти влияет на скорость выполнения запросов.
- Шины ― это каналы, по которым передаётся информация. Они как рельсы для перевозки данных.
Главной характеристикой процессора является производительность. Она зависит от двух параметров: тактовая частота и разрядность.
Тактовая частота ― число выполненных операций в секунду. Измеряется в мегагерцах (МГц — миллион тактов в секунду ) и гигагерцах (ГГц — миллиард тактов в секунду). Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает машина.
Разрядность ― количество информации (байт), которое можно передать за такт. Разрядность процессора бывает 8, 16, 32, 64 бита. Современные процессоры 32-х и 64-битные.
Устройство компьютера
«Составляющие компьютера» — Системная плата. Основные составляющие компьютера. Видеокарта. Звуковая карта. Винчестер. Структура ПК. Материнская плата. Сетевая карта. Мышь. Внутренняя память. Устройство компьютера. Дисковод. Информационная магистраль. Процессор. Системный блок.
«Состав и структура компьютера» — Факс-модем. Кэш-память. Сканер. Общие сведения о периферийных устройствах ПК. Разрядность процессора. Струйные принтеры. Системные периферийные устройства. Принтер. Матричные (или точечно-матричные) принтеры. Нетбук. Полупостоянная память. Ноутбук. Классы компьютеров. Лазерные принтеры. Мейнфрейм. Консольный компьютер.
«Устройство ЭВМ» — Каждая из ячеек имеет свой уникальный адрес. Программно-логический контроль. Появились трансляторы языков высокого уровня Algol, FORTRAN, COBOL. Архитектура ОС с ядром в привилегированном режиме. Системное ПО делится на: Операционные системы. Все ресурсы распределяются между процессами. 1623 – ученный Вильгельм Шиккард, «Часы для счета».
«Информатика «Устройство компьютера»» — Устройство компьютера. (3-4 класс). Устройство компьютера. Внутренняя. Устройство обработки. Что относится к внешним устройствам компьютера? Устройства ввода. Как устроен компьютер. Клавиатура Мышь. Что делать, если вы поймали компьютерную мышь? Приведите примеры. Зачем компьютеру процессор? Память.
«Как устроен компьютер» — Устройство для печати информации на бумаге. Развитие умений работы на клавиатурном тренажёре. Разработка урока по теме: «Как устроен компьютер». Оргмомент. На уроке изучения нового материала оценку «3» ставить не рекомендуется. Первичное закрепление учебного материала. Подсчитывается количество набранных фигурок, выставляются оценки.
«Состав ПК» — Основные характеристики модулей ЭВМ. Устройства вывода. Внешние устройства. Процессор. Общая структура персонального компьютера. Основные характеристики процессора ПК. Дисковая внешняя память. Магистрально-модульный принцип. Аппаратная часть. Программное обеспечение. Устройства ввода. Системное ПО. Внутрення память.
Функции CPU
Какие функции выполняет центральный процессор CPU? Главная функция ― управление всеми операциями компьютера: от простейших сложений чисел на калькуляторе до запуска компьютерных игр. Если рассматривать основные функции центрального процессора подробнее, CPU:
- получает данные из оперативной памяти, выполняет с ними арифметические и логические операции, передаёт их на внешние устройства,
- формирует сигналы, необходимые для работы внутренних узлов и внешних устройств,
- временно хранит результаты выполненных операций, переданных сигналов и других данных,
- принимает запросы от внешних устройств и обрабатывает их.
Шина данных
Процессор компьютера предназначен для работы с информацией. Все его устройства постоянно ею между собой обмениваются. А делают они это при помощи элемента, который называется внутренняя шина данных. В современных центральных процессорах есть и другие части, но необходимым минимумом является вышеописанный набор устройств.
Данный процесс, как правило, состоит из следующих шагов:
- Выбирается команда из ячейки, адрес которой сохранен в регистре-счетчике. Его содержимое при этом увеличивается на значение длины этой команды.
- Далее она отправляется в устройство управления, попадая в его регистр команд.
- Адресное поле, принадлежащее команде, расшифровывается устройством управления.
- Последнее дает сигнал, и данные считываются из оперативной памяти, попадая уже в арифметико-логическое устройство.
- Устройством управления расшифровывается код выполняемой операции и в арифметико-логическое устройство подается сигнал о выполнении этого действия над данными, которые в таком случае называются операндами.
- Результат выполнения операции может сохраниться в самом центральном процессоре или же передается в память, в случае, когда имеется адрес, по которому должен находиться результат.
- Все вышеперечисленные шаги выполняются до тех пор, пока не будет дан стоповый сигнал.
Устройства ввода
Клавиатура
Клавиатура – это панель с клавишами: буквами, цифрами, знаками препинания и другими кнопками. Является главным устройством ввода информации и управления компьютером. Бывает проводной и беспроводной.
Проводные подключаются кабелем к системному блоку через интерфейс USB или PS/2.
Беспроводные имеют маленький передатчик в комплекте, который подключается в USB порт. В такой клавиатуре нужно периодически заряжать аккумулятор или менять батарейки в зависимости от модели.
В ноутбуках клавиатура встроенная.
Компьютерная мышь
Мышь – это небольшое устройство, которое управляет курсором. Обычно она овальной формы, на ней расположены две кнопки и колесико посередине. Свое название получила из-за внешнего сходства с мелким грызуном.
При помощи мыши мы управляем окнами в операционной системе, запускаем и закрываем приложения, работаем в интернете и выполняем другие действия.
Всё это можно делать и клавиатурой при помощи сочетаний клавиш, но мышкой управлять компьютером проще.
Как и клавиатуры, мыши бывают проводными и беспроводными.
Проводные подключаются кабелем через интерфейс USB.
Беспроводные имеют в комплекте маленький беспроводной передатчик и работают от аккумулятора или батареек.
В ноутбуках функцию мышки выполняет тачпад, по которому нужно водить пальцем для управления курсором.
Микрофон
Используется для онлайн разговоров и записи аудио на компьютер. Микрофон подключается кабелем в звуковую карту. В ноутбуке он встроен.
Веб-камера
Обычно веб-камера крепится к верхней части монитора на стационарном ПК и подключается кабелем в USB порт. В нее может быть встроен микрофон. Используется для звонков по интернету и записи видео роликов.
В ноутбуке веб-камера уже встроена в верхнюю часть экрана.
Джойстик
Используется для управления действиями в компьютерных играх. Подключается к USB порту. Вместе с ним обычно поставляется программа для назначения клавиш.
Графический планшет
Используется для рисования в графических программах. Подключается через интерфейс USB. Пользователь водит специальным карандашом (стилусом) по планшету и линии отображаются в графическом редакторе на компьютере.
Устройства захвата видео
К таким устройствам относятся специальные карты и модули, которые позволяют делать захват видео с видеокамеры, видео магнитофона, цифрового тюнера и других цифровых устройств.
После настройки захват происходит в специальную программу, после чего накладываются спецэффекты и готовый материал сохраняется в цифровом формате.
Устройства видео захвата бывают как встроенными в компьютер, так и внешними с подключением по USB.
Сканер
Используется для оцифровки книг, журналов и документов. Происходит это так: на стекло кладут страницу и сверху закрывают крышкой. Сканер делает фотографирование и загружает результат в компьютер.
Сканеры бывают обычными, в которых фотографирование происходит по одной странице вручную, и профессиональными, где страницы автоматически переворачиваются. Соединяются с компьютером через USB.
Что такое обработка информации на компьютере
Самое важное умение компьютера – это обработка информации. Прелесть компьютера как раз и состоит в том, что он может информацию преобразовывать. Все устройство компьютера обусловлено требованием обработки информации в кратчайшие сроки, наиболее быстрым способом.
Под обработкой информации на компьютере можно понимать любые действия, которые преобразуют информацию из одного состояния в другое.
Соответственно, компьютер имеет специальное устройство, называемое процессором, которое предназначено исключительно для чрезвычайно быстрой обработки данных, со скоростями, доходящими до миллиардов операций в секунду.
Оперативная память (ОЗУ)
Требуемые для обработки данные процессор получает (берет) из оперативной памяти.
Оперативная память — это устройство, которое предназначено для ВРЕМЕННОГО хранения как входных, так и выходных данных.
Там же в оперативной памяти находится и место для хранения промежуточных данных, формируемых в процессе обработки информации. Таким образом, процессор как получает данные из оперативной памяти, так и записывает обработанные данные в эту память. Там информация хранится временно, до тех пор, пока она находится в обработке.
Наконец, для ввода и вывода данных к компьютеру подключаются внешние устройства ввода-вывода, которые позволяют ВВОДИТЬ информацию, подлежащую обработке, и ВЫВОДИТЬ результаты этой обработки.
Внешний винчестер, внешнее DVD-устройство, флешка, клавиатура, мышь
Процессор и оперативная память работают с одинаково большой скоростью. Как уже говорилось выше, скорость обработки информации может составлять многие миллионы и миллиарды операций в секунду. Никакое внешнее устройство ввода и вывода информации не может работать на таких скоростях.
Поэтому для их подключения в компьютере предусмотрены специальные контроллеры устройств ввода-вывода. Их задача состоит в том, чтобы согласовать высокие скорости работы процессора и оперативной памяти с относительно низкими скоростями ввода и вывода информации.
Эти контроллеры подразделяются на специализированные, к которым могут быть подключены только специальные устройства, и универсальные. Примером специализированного устройства контроллера служит, например, видеокарта, которая предназначена для подключения к компьютеру монитора.
Контроллеры могут быть и универсальными, в этом случае – это так называемые порты ввода-вывода, К портам ввода-вывода могут подключаться разнообразные устройства (клавиатуры, манипуляторы «мышь», принтеры, сканеры и т.п.).
