Технические средства персонального компьютера Структура персонального компьютера

Под структурой ПК понимают совокупность ее устройств и связей между ними. При построении ПК используется модульный принцип, согласно которому ПК состоит из набора устройств и блоков, которые оформлены в самостоятельные модули. Каждый модуль реализует законченные функции и обладает свойством независимости от других модулей. Модули определяют конфигурацию ПК, соединение модулей производят с помощью шин (электрических цепей) для передачи по ним сигналов.

Совокупность шин, связывающих два модуля, и алгоритм, определяющий порядок обмена информацией, между ними, называется интерфейсом (сопряжение).

Количество шин в интерфейсе определяется разрядностью передаваемой по нему информации. Информация может передаваться по 8, 16, или 32, 63 бита (разряда).

В зависимости от состава устройств и способа их соединения с помощью интерфейсов различают различные структуры ПК.

Наиболее распространенной является структура с общей шиной,

Единый интерфейс (общая шина)

ЦП

ОП

ПЗУ

КПУ

КПУ

КПУ

КПУ

Основные устройства

Адаптер

Дис-

плей

НМД

НГМД

Прин

тер

Периферийные устройства

Клавиатура

Линия связи

Все устройства ПК принято делить на основные(центральный процессор, оперативная память, постоянное запоминающее устройство) ипериферийные. (устройства ввода/вывода, внешние запоминающие устройства). Периферийные устройства подключаются к к интерфейсу через свои контроллеры (КПУ – контроллеры периферийных устройств).

Процессор

Память

Устройства ввода/вывода

Внешние запоминающие устройства

Ядром ЭВМявляетсяпроцессор^, который определяет выполняемую на данном шаге операцию, осуществляет необходимые пересылки и размещение результата. Его блок, называемыйарифметико-логическим устройством(АЛУ)^, выполняет арифметические и логические операции и обрабатывает отдельные управляющие сигналы. Вид выполняемых операций задаетустройство управления(УУ), формирующее соответствующие управляющие сигналы. В его функции входит определение операции для данного шага, местонахождения информации и ее пересылка, размещение результата. Данные, необходимые при работе АЛУ, хранятся в памяти, откуда они выбираются по мере необходимости либо засылаются. Алгоритм обработки информации, который определяет вид выполняемой операции в АЛУ, также находится в памяти ЭВМ, где он хранится в виде программы.

В больших ЭВМ процессор называется центральным, в персональных ЭВМ его часто называют микропроцессором.

Микропроцессоры характеризуются:

тактовой частотой,

разрядностью;

архитектурой

Работа МП синхронизируется импульсами тактовой частотыот задающего генератора. В течение каждого такта времени между двумя импульсами МП способен выполнить одно элементарное действие, из которых складываются все основные операции процессора (арифметические, логические операции и т.п.). Чем выше тактовая частота, тем выше быстродействие МП.

Разрядностью МПназывается максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно. Понятие "разрядность" включает:

- разрядность внутренних регистров (ячеек сверхбыстрой памяти внутри МП);

- разрядность шины данных (части системной шины для передачи данных);

- разрядность шины адреса (части системной шины для указания номера нужной ячейки в OП).

Разрядность персонального компьютера обозначается в виде тройки: r1/r2/r3- соответственно вышеприведенному списку. (например,32/32/32)

Архитектурой МПназывают организацию МП с точки зрения программистов. Охарактеризовать архитектуру МП означает описать:

·-систему команд, которую может выполнить МП',

·-набор внутренних регистров МП:

·-способы адресации (нумерации) ячеек ОП.

·-типы обрабатываемых данных,

·-средства ввода/вывода данных в порты.

Существуют МП двух больших групп; с CISC-архитектурой (МП со сложной системой команд) и с RISC-архитектуре и (МП с сокращенной системой команд). Первые являются основой ПК, вторые - рабочих, станций.

Микропроцессоры разных производителей, имеющие одинаковую архитектуру могут отличаться по конструкции, но способны выполнять одни и те же программы.

В ПК для ускорения работы микропроцессора используется сопроцессор – устройство, осуществляющее обработку чисел с плавающей запятой. При проведении расчетов над числами с плавающей запятой, каждая операция над ними моделируется с помощью нескольких десятков операций микропроцессора. Это сильно снижает эффективность применения компьютера для научных вычислений, при использовании машинной графики и для других применений с интенсивным использованием чисел с плавающей точкой. Наличие сопроцессора может увеличить скорость выполнения этих операций в 5-15 раз.

Большинство микропроцессоров сами поддерживают операции с плавающей точкой, поэтому при их использовании сопроцессор не требуется.

Память

Память^— устройство, предназначенное для хранения исходной, промежуточной и конечной информации, а также программ по ее обработке.

Компьютерная память состоит из большого числа ячеек, каждая из которых имеет адрес. Для большинства компьютеров ячейкой является байт, для других – слово. Адреса ячеек обозначаются числами. Содержимое ячеек может быть считано, изменено, записано.

Объем памяти обычно задается блоками по 1024 байт (1К)

Память делится на внутреннюю и внешнюю

Внутренняя память существует двух видов. Один вид памяти обеспечивает постоянное хранение информации, на которое не влияет выключение питания. Это – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Другой вид памяти – оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), представляет собой память для временного хранения информации. Оперативная память, энерго- зависимая память, содержимое памяти стирается при отключении питания. Для временного хранения информации используется и Кэш-память.

Постоянная память. Каждый компьютер должен быть снабжен встроенным набором команд, которые сообщают ему, что делать после включения питания. Разные ЭВМ имеют различные типы команд в постоянной памяти, но при этом некоторые команды одинаковы и обязательны для всех ЭВМ..

Команды, введенные в ПЗУ, находятся там постоянно. Компьютер может считать или исполнять эти команды, но не может их не изменить, ни что-либо добавить к ним. Память может представить информацию только для чтения. Поэтому память называется постоянной.

Оперативная память

Оперативная памятьнепосредственно взаимодействует с процессором, в нее помещается та часть данных и программ, которые необходимы процессору в текущий момент времени. Например, все, что мы вводим в машину с помощью клавиатуры, помещается в оперативную память.

ОП – это память для временного хранения данных. При выключении машины, хранящаяся в этой памяти информация пропадает. Если же ее желательно сохранить, то следует воспользоваться каким-либо внешним запоминающим устройством, записав нужные данные на магнитный диск или ленту. Объем оперативной памяти зависит от конкретной модели ЭВМ и имеет ограниченные размеры.

ОП является более быстродействующей и дорогой, хранит гораздо меньший объем информации по сравнению с внешней памятью.

Кэш-память представляет собой небольшой блок быстродействующей, но дорогой памяти, которая существует для взаимодействия процессора и ОЗУ.

В кэш-памяти хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. Она может увеличить быстродействие процессора на 10% - 20%.

Внешняя памятьхранит всю информацию, которая может когда-нибудь понадобиться. По мере необходимости порции такой информации пересылаются в ОП. Во внешней памяти информация при выключении ЭВМ сохраняется.

Внешнюю память ЭВМ образуют магнитные ленты, магнитные диски, оптические диски. Внешняя память относится к периферийным устройствам - внешние запоминающие устройства.