информатика Лекции

9. Принципы строения и функционирования ЭВМ Джона фон Неймана

Большинство современных ЭВМ функционирует на основе принципов, сформулированных в 1945 г. американским ученым венгерского происхождения Джоном фон Нейманом.

1.Принцип двоичного кодирования. Согласно этому, вся информация,

поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных символов (сигналов).

2.Принцип программного управления. Компьютерная программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

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

4.Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, любая из которых доступна процессору в любой момент времени.

Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков: 1) устройство ввода/вывода информации; 2) память ЭВМ;

3) процессор, включающее устройство управления (УУ) и арифметико- логическое устройство (АЛУ).

В ходе работы ЭВМ информация через устройства ввода попадает в память. Процессор извлекает из памяти обрабатываемую информацию, работает с ней и помещает в нее результаты обработки. Полученные результаты через устройства вывода сообщаются человеку.

Память ЭВМ состоит из двух видов памяти: внутренней (оперативной и постоянной) и внешней (долговременной).

Оперативная память – это электронное устройство, которое хранит информацию, пока питается электроэнергией.

Постоянная память – хранит команды и константы.

Внешняя память – это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски.

За прошедшие десятилетия процесс совершенствования ЭВМ шел в рамках приведенной обобщенной структуры.

21

10. Типовой комплект персонального компьютера. Системный блок

Конструктивно типовой комплект состоит:

–системный блок (case);

–монитор (monitor);

–клавиатура (keyboard);

–манипулятор «мышь» (mouse).

Системный блок предназначен для размещения компонентов компьютера, их качественного и бесперебойного электропитания, кондиционирования с помощью управления воздушными потоками.

Внутри системного блока размещаются:

–материнская плата (motherboard);

–дочерние платы (платы расширения);

–внутренние накопители;

–блок питания; Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют

внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют

внешними.

Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также их называют периферийными.

Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower, башня) исполнении.

Корпуса в горизонтальном исполнении: Mini Destop, Destop, Full Destop. Корпуса в вертикальном исполнении могут иметь разную высоту (Mini

Tower, Middle Tower, Midi Tower, Big Tower).

Блок питания (БП) ПК обеспечивает электропитание всех устройств системного блока. Мощность блока питания измеряется в вольт-амперах (VA). Выпускаются БП мощностью от 200 до 600 VA.

Система охлаждения компьютера — набор средств для отвода тепла в компьютере. Она состоит:

üвентиляторы (кулеры);

üрадиаторы;

üвоздушно-проточная система.

Основной параметр, определяющий «стандартность» корпуса, называется

форм-фактором.

Существует два стандарта на размещение компонентов компьютера в корпусе: AT и ATX.

–AT (англ. Advanced Technology)

–ATX (от англ. Advanced Technology Extended)

Их основными отличиями являются:

–формат и способ размещения материнской платы;

–конструкция блока питания;

–способ подачи электропитания на материнскую плату.

22

Отличительной особенностью стандарта АТХ - возможность

включения и выключения компьютера по командам операционной системы или запросам из локальной сети.

В настоящее время применяются только корпуса форм-фактора АТХ.

23

11. Типовой комплект персонального компьютера. Монитор

Монитор Монитор – устройство визуального представления данных. По принципу действия подразделяются:

–Мониторы с ЭЛТ – электронно-лучевая трубка, CRT – Cathode Ray Tube.

–Мониторы с ЖК – жидкокристаллические, LCD – Liquid Crystal Display.

–Плазменные панели. (PDP – Plasma Display Panel).

CRT-монитор

Изображение на экране CRT-монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся

красным, зеленым и синим цветом.

Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку, и изображение было четким, перед люминофором ставят маску – панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Чем меньше шаг между отверстиями (шаг маски), тем четче и точнее полученное изображение. Шаг маски измеряют в долях миллиметра.

Основные характеристики: размер экрана, шаг маски экрана (или «зерно»), максимальная частота обновления изображения, класс защиты.

Размер экрана, единица измерения — дюймы. Стандартные размеры: 14", 15", 17", 19", 20", 21".

Шаг маски экрана (или «зерно») - 0,25-0,27 мм.

Частота обновления изображения (регенерации) – от 75 до 100 Гц,

оптимальная 85 Гц.

Класс защиты – международный стандарт ТСО.

LCD-монитор

LCD-монитор состоит из двух слоев стекла с нанесенными на них тонкими бороздками и электродами, заключенного между ними слоя жидких кристаллов, осветителя и поляризаторов. Жидкие кристаллы под действием

электрического поля поворачивают плоскость поляризации света на определенный угол. Далее свет проходит через поляризатор, который пропускает его с интенсивностью, зависящей от угла поворота плоскости поляризации.

Цвет получается в результате использования трех цветных фильтров, разделяющих белый свет на составляющие красного, зеленого и синего.

В мониторах, изготовленных по технологии TFT (Thin Film Transistor),

состояние каждого пикселя контролируется отдельным миниатюрным транзистором. 0,25-0,27 мм.

24

Плазменные панели (PDP)

Как и в CRT-мониторе, в плазменной панели светится люминофор, но не под воздействием потока электронов, а под воздействием плазменного разряда.

Видеоадаптеры (видеокарты) предназначены для подключения монитора к компьютеру. Физически они осуществляют формирование сигнала для отображения на дисплее данных синхронизирующими сигналами – горизонтальной (строчной) и вертикальной (кадровой) развертки.

25

12. Типовой комплект персонального компьютера. Клавиатура. Мышь

Клавиатура (keyboard)

Клавиатура - основное устройство ручного ввода информации. Клавиатура содержит 101 или 104 клавиши. Стандартом расположения

символьных клавиш является раскладка QWERTY (ЙЦУКЕН) по названию клавиш верхнего символьного ряда слева направо.

Мышь

Мышь – основное устройство позиционирования настольных ПК при работе с графическим режимом отображения данных на мониторе.

По принципу действия:

–Механические.

–Оптические.

По способу подсоединение к системному блоку:

–Проводные.

–Беспроводные.

26

13. Структурная схема персонального компьютера, внутреннее устройство. Материнская плата

Материнская плата предназначена для интеграции центрального процессора с остальными компонентами компьютера (память, УВВ).

На материнской плате размещаются:

•процессор;

•микропроцессорный комплект (чипсет);

•шины;

•разъемы оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ);

•постоянное запоминающее устройство(ПЗУ);

•разъемы (слоты, slots) для подключения дополнительных устройств.

Основные характеристики материнских плат:

•модель чипсета;

•тип используемого процессора (зависит от разъема для установки процессора);

•формат;

•число и тип разъемов для установки дочерних плат;

•возможность обновления BIOS.

27

14. Структурная схема персонального компьютера, внутреннее устройство. Системная шина

Системная шина обеспечивает сопряжение и связь всех устройств ПК между собой, передачу информации между всеми устройствами системного блока.

Конструктивно системная шина представляет собой многослойную систему (не менее чем из восьми слоев) печатных проводов, причем строго оговоренной длины, а их форма и расположение подчиняются сложным физическим законам.

Системная шина включает в себя:

Шина адреса (ША) обеспечивает передачу формируемых МП адресов ячеек памяти, устройств ввода и устройств вывода. Передача адресов в обратном направлении невозможна.

Шина данных (ШД) используется для обмена данными (операндами) между МП, с одной стороны, и памятью, устройствами ввода и вывода, с другой. ШД является двунаправленной, т. е. по ней возможна передача данных как из МП в память или устройства вывода, так и из памяти или устройств ввода в МП.

Шина управления (ШУ) предназначена для передачи управляющих сигналов, необходимых для организации обмена данными и управления работой всех элементов микропроцессорной системы.

Все блоки подключаются к шине через соответствующие унифицированные разъемы непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором непосредственно, либо через дополнительную микросхему контроллера шины, формирующую основные сигналы управления.

28

15. Структурная схема персонального компьютера, внутреннее устройство. Чипсет

Чипсет (chipset)– это набор микросхем, необходимых для взаимодействия процессора с электронным компонентами компьютера.

Чипсет состоит из двух микросхем:

–северным мост;

–южным мост.

Северный мост обеспечивает взаимодействие процессора, памяти и графической подсистемы.

Южный мост – обеспечивает поддержку интерфейсов внутренних и внешних устройств, шин ввода-вывода.

29

16. Структурная схема персонального компьютера, внутреннее устройство. Процессор

Процессор (CPU, central processing unit )

Микропроцессор (МП) – это программно-управляемое цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки.

Конструктивно микропроцессор представляет собой БИС на кремневой основе и заключенную в керамический корпус. МП устанавливается в разъём расположенный на системной плате называемый сокетом (socket).

Всостав микропроцессора входят:

–арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для

выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией;

–регистры общего назначения (РОН) – быстродействующие ячейки памяти.

–кэш-память – блок высокоскоростной памяти, в которую копируются команды и данные, извлеченные из оперативной памяти. Такое

сохранение основных команд позволяет повысить производительность процессора. Современные микропроцессоры имеют кэш-память первого (L1) и второго (L2) уровней.

–устройство управления (УУ) формирует и подает во все элементы ПК в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций;

Для ускорения работы процессора используются ряд архитектурных

решений, к основным из которых относятся:

-конвейерное выполнение операций;

-предсказание (трассировка) дальнейшего хода программы;

-параллельное исполнение инструкций и многопоточность. По системе команд микропроцессоры различают:

–CISC (Common Instruction Set Computer) – процессоры с полным набором команд;

–RISC (Reduced Instruction Set Computer) – процессоры с сокращенным набором команд.

30