Структурна схема персонального комп'ютера

Структурна схема персонального комп'ютера (спрощений вигляд)

 - передача керуючих сигналів

 - передача даних

Мікропроцесор (МП). Це центральний блок ПК, призначений для управління роботою всих блоків машини і для виконання арифметичних і логічних операцій над інформацією.

До складу мікропроцесора входять:

• пристрій управління (ПУ) формує і подає у всі блоки машини в потрібні моменти часу певні сигнали управління (керуючі імпульси), зумовлені специфікою операції, що виконується і результатами попередніх операцій; формує адреси елементів пам'яті, що використовуються операцією, що виконується, і передає ці адреси у відповідні блоки ЕОМ; опорну послідовність імпульсів пристрій управління отримує від генератора тактових імпульсів;

• арифметико-логічний пристрій (АЛП) призначений для виконання всих арифметичних і логічних операцій над числовою і символьною інформацією (в деяких моделях ПК для прискорення виконання операцій до АЛП підключається додатковий математичний сопроцесор);

• мікропроцесорна пам'ять (МПП) служить для короткочасного зберігання, запису і видачі інформації, що безпосередньо використовується в обчисленнях в найближчі такти роботи машини. МПП складається з регістрів і використовується для забезпечення високої швидкодії машини, бо основна пам'ять (ОП) не завжди забезпечує швидкість запису, пошуку і зчитування інформації, необхідну для ефективної роботи швидкодіючого мікропроцесора. Регістри- швидкодіючі елементи пам'яті різної довжини (на відміну від комірок ОП, що мають стандартну довжину 1 байт і більш низьку швидкодію);

• інтерфейсна система мікропроцесора реалізовує сполучення і зв'язок з іншими пристроями ПК; включає в себе внутрішній інтерфейс МП, буферні запам'ятовуючі регістри і схеми управління портами введення-виведення (ПВВ) і системною шиною. Інтерфейс (interface)- сукупність засобів сполучення і зв'язків пристроїв комп'ютера, що забезпечує їх ефективну взаємодію. Порт введення-виведення (I/О Input/Output port) апаратура сполучення, що дозволяє підключити до мікропроцесора інший пристрій ПК.

Генератор тактових імпульсів. Він генерує послідовність електричних імпульсів; частота імпульсів, що генеруються визначає тактову частоту машини.

Проміжок часу між сусідніми імпульсами визначає час одного такту роботи машини або просто такт роботи машини.

Частота генератора тактових імпульсів є однією з основних характеристик персонального комп'ютера і багато в чому визначає швидкість його роботи, бо кожна операція в машині виконується за певну кількість тактів.

Системна шина. Це основна інтерфейсна система комп'ютера, що забезпечує сполучення і зв'язок всих його пристроїв між собою. По системній шині передаються дані, адреси, інструкції (керуючі сигнали) та живлення. Відповідно системна шина включає в себе:

• кодову шину даних (КШД), що містить проводи і схеми сполучення для паралельної передачі всих розрядів числового коду (машинного слова) операнда;

• кодову шину адреси (КША), що включає проводи і схеми сполучення для паралельної передачі всих розрядів коду адреси елемента основної пам'яті або порту введення-виведення ;

• кодову шину інструкцій (КШИ), що містить проводи і схеми сполучення для передачі інструкцій (керуючих сигналів, імпульсів) у всі блоки машини;

• шину живлення, що має проводи і схеми сполучення для підключення блоків ПК до системи енергоживлення.

Системна шина забезпечує три напрями передачі інформації:

1) між мікропроцесором і основною пам'яттю;

2) між мікропроцесором і портами введення-виведення зовнішніх даних;

3) між основною пам'яттю і портами введення-виведення зовнішніх даних (в режимі прямого доступу до пам'яті DMA).

Всі блоки, а точніше їх порти введення-виведення, через відповідні уніфіковані роз'єми (стики) підключаються до шини одноманітно: безпосередньо або через контролери (адаптери). Управління системною шиною здійснюється мікропроцесором або безпосередньо, або, що частіше, через додаткову мікросхему контролер шини, що формує основні сигнали управління. Обмін інформацією між зовнішніми пристроями і системною шиною виконується з використанням ASCII-кодів.

Основна пам'ять (ОП). Вона призначена для зберігання і оперативного обміну інформацією з іншими блоками машини. ОП має два вигляди запам'ятовуючих пристроїв:

постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) і оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП).

ПЗП служить для зберігання незмінної (постійної) програмної і довідкової інформації, дозволяє оперативно тільки прочитувати інформацію, що зберігається (змінити інформацію в ПЗУ не можна).

ОЗП призначений для оперативного запису, зберігання і зчитування інформації (програм і даних), що безпосередньо бере участь в інформаційно-обчислювальному процесі, що виконує ПК в поточний період часу. Головними достоїнствами оперативної пам'яті є її висока швидкодія і можливість звернення до кожної частини пам'яті окремо (прямий адресний доступ до комірки). Як недолік ПЗП потрібно відмітити неможливість збереження інформації в ній після вимкнення живлення машини (енергозалежність).

Зовнішня пам'ять. Вона відноситься до зовнішніх пристроїв ПК і використовується для довготривалого зберігання будь-якої інформації, яка може коли-небудь буде потрібна для рішення задач. Зокрема, у зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера. Зовнішня пам'ять містить різноманітні види запам'ятовуючих пристроїв, але найбільш поширеними, що є практично на будь-якому комп'ютері, є накопичувачі на жорстких (НЖМД) і гнучких (НГМД) магнітних дисках.

Призначення цих накопичувачів зберігання великих обсягів інформації, запис і видача інформації, по запиту в оперативний запам'ятовуючий пристрій. Розрізнюються НЖМД і НГМД лише конструктивно, обсягами інформації, що зберігається і часом пошуку, запису і зчитування інформації.

Як пристрої зовнішньої пам'яті використовуються також запам'ятовуючі пристрої на касетній магнітній стрічці (стриммери), накопичувачі на оптичних дисках (CD-ROM Compact Disk Read Only Memory компакт-диск з пам'яттю, що тільки читається) і інш..

Джерело живлення. Це блок, що містить системи автономного і мережевого енергоживлення ПК.

Таймер. Це внутрішній електронний годинник, що забезпечуює при необхідності автоматичний відлік поточного моменту часу (рік, місяць, години, хвилини, секунди і частки секунд). Таймер підключається до автономного джерела живлення акумулятора і при відключенні машини від мережі продовжує працювати.

Зовнішні пристрої (ЗП). Це найважливіша складова частина будь-якого обчислювального комплексу. Досить сказати, що по вартості ЗП іноді становлять 50 - 80% всього ПК. Від складу і характеристик ЗП багато в чому залежать можливість і ефективність застосування ПК в системах управління і в народному господарстві загалом.

ЗП ПК забезпечують взаємодію машини з навколишнім середовищем: користувачами, об'єктами управління і іншими ЕОМ. ЗП вельми різноманітні і можуть бути класифіковані по ряду ознак. Так, за призначенням можна виділити наступні види ЗП:

• зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ЗЗП) або зовнішня пам'ять ПК;

• пристрої введення інформації;

• пристрої виведення;

• засоби зв'язку і телекомунікації.

Монітор (дисплей) пристрій для відображення графічної та текстової інформації, що вводиться і виводиться з ПК.

Пристрої мовного введення-виведення відносяться до швидкорозвиваючихся засобів мультимедіа. Пристрої мовного введення це різні мікрофонні акустичні системи, "звукові миші", наприклад, зі складним програмним забезпеченням, яке може розпізнавати вимовні людиною букви і слова, ідентифікувати їх і закодувати.

Пристрої мовного виведення це різні синтезатори звуку, що виконують перетворення цифрових кодів в букви і слова, що відтворюються через гучномовці (динаміки) або звукові колонки, приєднані до комп'ютера.

ДО пристроїв введення інформації відносяться:

• клавіатура пристрій для ручного введення числової, текстової і керуючої інформації в ПК;

• графічні планшети (диджитайзери) для ручного введення графічної інформації, зображень шляхом переміщення по планшету спеціального покажчика (пера); при переміщенні пера автоматично виконуються прочитання координат його місцеположення і введення цих координат в ПК;

• сканери (читаючі автомати) для автоматичного прочитання з паперових носіїв і введення в ПК машинописних текстів, графіків, малюнків, креслень; в пристрої кодування сканера в текстовому режимі прочитані символи після порівняння з еталонними контурами спеціальними програмами перетворюються в коди ASCII, а в графічному режимі прочитані графіки і креслення перетворюються в послідовності двомірний координат ;

• маніпулятори (пристрої вказівки): джойстик - важіль, миша, трекбол куля в оправі, світлове перо і інш. для введення графічної інформації на екран дисплея шляхом управління руху курсора по екрану з подальшим кодуванням координат курсора і введенням їх в ПК;

• сенсорні екрани для введення окремих елементів зображення, програм або команд з поліекрана дисплея в ПК.

До пристроїв виведення інформації відносяться:

• принтери друкуючі пристрої для перенесення інформації на паперовий носій;

• графобудівники (плоттери) для виведення графічної (графіків, креслень, малюнків)з ПК на паперовий носій; плоттер бувають векторні з накресленням зображення за допомогою пера і растрові: термографічені, електростатичні, струйні і лазерні. По конструкції плоттер поділяються на планшетні і барабанні. Основні характеристики всіх плоттерів приблизно однакові: швидкість креслення 100 - 1000 мм/с, у кращих моделей можливе кольорове зображення і передача півтонів; найбільша роздільча здатність і чіткість зображення у лазерних плоттерів, але вони самі дорогі.

Пристрої зв'язку і телекомунікації використовуються для зв'язку з приладами і іншими засобами автоматизації і для підключення ПК до каналів зв'язку, до інших ЕОМ і обчислювальних мереж (мережеві інтерфейсні плати, модеми).

Багато які з названих вище пристроїв відносяться до умовно виділеної групи засоби мультимедіа.

Засоби мультимедіа - це комплекс апаратних і програмних засобів, що дозволяють людині спілкуватися з комп'ютером, використовуючи самі різні, природні для себе середовища: звук, відео, графіку, тексти, анімацію і інш.

До засобів мультимедіа відносяться пристрої мовного введення і виведення;

широко поширені вже зараз сканери (оскільки вони дозволяють автоматично вводити в комп'ютер друкарські тексти і малюнки); високоякісне відео- (video-) і звукові (sound-) плати, плати відео захвату (videograbber), що знімають зображення з відеомагнітофона або відеокамери і що вводять його в ПК;) ( високоякісні акустичні і відеопрограючі системи з підсилювачами, звуковими колонками, великими відеоекранами.) До засобів мультимедіа відносять зовнішні запам'ятовуючі пристрої великої місткості на оптичних дисках, що часто використовуються для запису звукового і відеоінформації. ^:

Вартість компактних дисків (CD) при їх масовому тиражуванні невисока, а враховуючи їх велику місткість (650 Мбайт, а нових типів 1Гбайт і вище), високу надійність і довговічність, вартість зберігання інформації на CD для користувача виявляється незрівнянно меншою, ніж на магнітних дисках. Це вже привело до того, що більшість програмних засобів самого різного призначення постачається на CD. На компакт-дисках за рубежем організуються обширні бази даних, цілі бібліотеки; на CD представлені словники, довідники, енциклопедії; повчальні і розвиваючі програми по загальноосвітнім і спеціальним предметам.

CD широко використовуються, наприклад, при вивченні іноземних мов, правил дорожнього руху, бухгалтерського обліку, законодавства взагалі і податкового законодавства зокрема. І все це супроводиться текстами і малюнками, мовною інформацією і мультиплікацією, музикою і відео. У чисто побутовому аспекті CD можна використати для зберігання аудіо- і відеозаписів, тобто використати замість плейерних аудіокасет і виіеокасет. Потрібно згадати, звичайно, і про велику кількість програм комп'ютерних ігор, що зберігаються на CD.

Таким чином, CD-ROM відкриває доступ до величезних об'ємів різноманітної і за функціональним призначенням, і по засобам відтворення інформації, записаній на компакт-дисках.

Додаткові схеми. До системної шини і до МП ПК нарівні з типовими зовнішніми пристроями можуть бути підключені і деякі додаткові плати з інтегральними мікросхемами, розширюючі і поліпшуючі функціональні можливості мікропроцесора: математичний співпроцесор, контролер прямого доступу до пам'яті, співпроцесор введення-виведення, контролер преривань і інш.

Математичний співпроцесор широко використовується для прискореного виконання операцій над двійковими числами з плаваючою комою. Математичний співпроцесор має свою систему команд і працює паралельно (у часі) з основним МП, але під управлінням останнього. Прискорення операцій відбувається в десятки разів. Останні моделі МП, починаючи з МП 80486 DX, включають співпроцесор в свою структуру.

Контролер прямого доступу до пам'яті (DMA) звільняє МП від прямого управління накопичувачами на магнітних дисках, що істотно підвищує ефективну швидкодію ПК. Без цього контролера обмін даними між ЗЗП і ОЗП здійснюється через регістр МП, а при його наявності дані безпосередньо передаються між ЗЗП і ОЗП, обминаючи МП.

( Співпроцесор введення-виведення за рахунок паралельної роботи з МП значно прискорює виконання процедур введення-виведення при обслуговуванні декількох зовнішніх пристроїв (дисплей, принтер, НЖМД, НГМД і інш.); звільняє МП від обробки процедур введення-виведення, в тому числі реалізовує і режим прямого доступу до пам'яті. Найважливішу роль грає в ПК контролер преривань.

Преривання- тимчасова зупинка виконання однієї програми з метою оперативного виконання іншої, в даний момент більш важливої (пріоритетної) програми.

Елементи конструкції ПК

Конструктивно ПК виконані у вигляді центрального системного блоку, до якого через роз'єми підключаються зовнішні пристрої: додаткові пристрої пам'яті, клавіатура, дисплей, принтер і інш.

Системний блок звичайно включає в себе системну плату, блок живлення, накопичувачі на дисках, роз'єм для додаткових пристроїв і плати розширення з контролерами адаптерами зовнішніх пристроїв.

На системній платі (часто її називають материнською платою Mother Board), як правило, розміщуються:

• мікропроцесор;

• математичний співпроцесор;

• генератор тактових імпульсів;

• блоки (мікросхеми) ОЗП і ПЗП;

• адаптери клавіатури, НЖМД і НГМД;

• таймер і інш.