2.2. Основные принципы функционирования пк

Компьютер — универсальное средство для обработки информации. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (звуки, изображение и т.п.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Компьютер пользуется знаковой системой, которая состоит из двух цифр двоичной системы счисления: 1 и 0. Цифра двоичной системы называется битом.

Основное назначение компьютера — выполнять программы, каждая из которых представляет собой набор команд. Каждая команда — элементарная инструкция, предписывающая компьютеру выполнить ту или иную операцию (умножить два числа, записать данные на диск и т.д.).

Все команды и данные в компьютере представлены комбинациями битов.

Устройством, которое обрабатывает информацию, является процессор. Процессор — электронное устройство, поэтому различные виды информации должны обрабатываться в нем в форме последовательностей электрических импульсов. Такие последовательности можно записать в виде последовательностей нулей и единиц (есть импульс — единица, нет импульса — нуль), которые называют машинным языком.

Набор этих команд называется программой, а устройство управления «переводит» команды программы на язык команд, понятных исполнителям, и синхронизирует их работу. Именно такой принцип организации взаимодействия составных частей дает возможность построить универсальное автоматическое вычислительное устройство — компьютер.

Исторически компьютер появился как машина для вычислений и назывался электронной вычислительной машиной — ЭВМ. Структура такого устройства (см. рис.) была описана знаменитым математиком Джоном фон Нейманом в 1945 г.

Одинарными линиями обозначены цепи сигналов управления (управляющие связи), двойными — цепи передачи данных и адресов (информационные связи).

АЛУ — арифметическое логическое устройство. Преобразует информацию, выполняя сложение, вычитание и основные логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ».

УУ — устройство управления. Организует процесс выполнения программ.

ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, или память. Хранит данные, адреса и команды, обладает высокой скоростью записи и чтения чисел. Состоит из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться обрабатываемые данные или инструкции программ. Все ячейки памяти одинаково легко доступны для других устройств компьютера.

УВВ — устройства ввода-вывода. Получают информацию извне, выводят ее получателю.

Структура современного персонального компьютера представлена на рисунке.

Достижения микроэлектроники позволили объединить в одной сверхбольшой интегральной схеме, называемой микропроцессором (МП) или процессором, АЛУ и УУ. Уменьшение габаритов ОЗУ позволило разместить МП и ОЗУ на одной электронной плате, называемой системной, или материнской. Все связи между отдельными устройствами объединены в пучок параллельных проводов — локальную или системную шину. В состав этой шины входят шина данных, по которой передаются из ОЗУ в МП данные и команды, шина адреса и шина синхронизации. Контроллеры, управляющие УВВ, (карты) включаются в системную плату или устанавливаются прямо на ней.

Важным элементом структуры современного компьютера и принципа его действия являются сигналы и понятие прерываний. Прерывания появились в связи с переходом от математических вычислений, которые не зависят от внешних условий, к обработке информации в реальном масштабе времени. Компьютер должен реагировать на изменение внешних условий, иногда немедленно, запоминая эти события или даже меняя алгоритм их обработки. Если в микропроцессор извне поступает сигнал запроса на прерывание, выполнение текущей программы приостанавливается, в заранее определенной области ОЗУ сохраняются все промежуточные результаты и адрес останова в программе, и микропроцессор выполняет специальную программу обработки прерывания, в которой указано, что надо сделать в этом случае. После ее завершения восстанавливаются все промежуточные результаты, и микропроцессор продолжает выполнение текущей программы с запомненного ранее адреса.

В современных компьютерах возможна также параллельная работа нескольких процессоров. За счет распараллеливания выполнения одной задачи или параллельного выполнения многих задач достигается увеличение общей производительности компьютера. Для этого предусматривают цепи, связывающие между собой отдельные процессоры.

Персональный компьютер (ПК) типа IBM PC, названный по имени американской компании, которая в 1981 г. впервые выпустила такие ПК (International Business Machines Personal Computer), стал стандартом персональных компьютеров.

В IBM PC была заложена возможность совершенствования его отдельных частей и использования новых устройств. Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей. Методы совместимости устройств с компьютером IBM PC не держались в секрете, а были доступны всем желающим. Этот принцип, называемый принципом открытой архитектуры, предусматривает возможность дополнения имеющихся аппаратных средств новыми устройствами без замены старых, например, наращивать оперативную память, подключать новые периферийные устройства. Можно заменять старые устройства новыми, — такие операции называются «upgrade» (расширить, обновить).

На системной плате компьютера размещены только устройства, осуществляющие обработку информации. Устройства, управляющие всеми остальными составными компьютера — монитором, дисками, принтером и т.п., реализованы на отдельных платах (контроллерах), которые вставляются в специальные разъемы на системной плате — слоты. К этим электронным устройствам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключено в системный блок.