Лекция №6 Тема: Элементы организации основных блоков компьютера
Цель: ознакомить с аппаратным обеспечением, основными функциями внешних и внутренних устройств компьютера.
Архитектура компьютера определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера. На сегодняшний день общие архитектурные свойства большинства современных компьютеров попадают под понятие фон Неймановской архитектуры. Принципы, сформулированные Джон фон Нейманом:
Принцип программного управления – программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности;
Принцип однородности памяти – программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять те же действия, что и над данными;
Принцип адресности – основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.
Цифровой компьютер состоит из связанных между собой процессоров, памяти и устройств ввода-вывода. Процессоры, память и устройства ввода-вывода — ключевые понятия.
Базовая аппаратная конфигурация ПК
Конструктивные решения, заложенные в первую модель IBMPCобразца 1981 года, без каких-либо изменений дошли до наших дней. В классическом варианте исполненияIBMPCсостоит из системного блока, к которому подключаются клавиатура, видеомонитор и все периферийные устройства. Конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:
системный блок с дисководами и винчестером;
монитор, на котором отображается результат происходящих в компьютере процессов обработки информации;
клавиатура, с помощью которого вводится информация в ПК;
мышь..
Системный блок
Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называютвнешними (периферийными).
Системный блок содержит основные узлы компьютера: 1) Блок питания; 2) Системная (system board) или материнская (motherboad) плата;. 3) Микросхемы, управляющие различными устройствами компьютера; 4) Накопители на гибких и жестких дисках; 5) Счетчик времени, функционирующий независимо от того, включена или нет машина.
Материнская плата. Большинство микросхем компьютера размещено на одной плате (System Board), которую принято называть материнской платой. Это самая большая (по размерам) плата в компьютере. Материнская (называют также главной или системной) плата является основной частью каждого ПК, управляет внутренними связями и взаимодействует через прерывание с другими внешними устройствами. На материнской плате располагаются: процессор; микропрцессорный комплект (чипсет), оперативная память; постоянная память; шины и электронные схемы (контроллеры); разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).
Процессоры. На рисунке показано устройство обычного компьютера. Центральный процессор ( CPU — Central Processing Unit) или просто ЦП (часто просто процессор) - это мозг компьютера. Его задача — выполнять программы, находящиеся в основной памяти. Он вызывает команды из памяти, определяет их тип, а затем выполняет их. Компоненты соединены шиной, представляющей собой набор параллельно связанных проводов, по которым передаются адреса, данные и сигналы управления. Шины могут быть внешними (связывающими процессор с памятью и устройствами ввода-вывода) и внутренними.
Процессор состоит из нескольких частей.
1. Блок управления отвечает за вызов команд из памяти и определение их типа.
2. .Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические операции (например, сложение) и логические операции (например, логическое И).
Самый важный регистр — счетчик команд, который указывает, какую команду нужно выполнять дальше. Название «счетчик команд» не соответствует действительности, поскольку он ничего не считает, но этот термин употребляется повсеместно ( для этой же цели используется термин «счетчик команд»)1. Еще есть регистр команд, в котором находится команда, выполняемая в данный момент. У большинства компьютеров имеются и другие регистры, одни из них многофункциональны, другие выполняют только какие-либо специфические функции.
Таким образом, процессор– это устройство, управляющее ходом вычислительного процесса и выполняющее арифметическое и логическое действия. Процессор непосредственно определяет класс компьютера. Разные модификации компьютеровIBMPCразличаются между собой, прежде всего, типоммикропроцессора.В свою очередь процессоры различаются между собой разрядностью и тактовой частотой. Разрядность процессора – это максимальное количество разрядов (бит) данных, которое он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций выполняет процессор за одну секунду – это количество команд измеряется в мегагерцах (МГц).
Память. Конструктивно блок памяти выполнен в одном корпусе с процессором и является центральной частью ПК.BIBMPCсовместимых компьютерах память делится на: постоянную память, оперативную память.
Оперативная память (RAM–randomaccessmemory) используется для хранения данных во время вычислений. Информация, записанная в оперативную память, будет потеряна при выключении питания. Объем оперативной памяти определяет, сколько информации может обработаться без обращений к жесткому диску, что, естественно, повышает скорость вычислений.
В каждый момент времени для вычислений требуется незначительный участок оперативной памяти. Остальная ее часть используется для хранения данных, которые «скоро могут понадобиться». Поэтому в компьютеры стали устанавливать сверхбыстродействующие микросхемы памяти, в которых и выполняется основной объем операций. Эту память называют КЭШ’ем. Кэш-память– особая быстродействующая память процессора, используемая в качестве буфера для ускорения обмена данными между процессором и оперативной памятью. Современные компьютеры имеют двухуровневый КЭШ: часть сверхоперативной памяти (внутренний КЭШ) расположена на одном кристалле с процессором, а часть (внешний КЭШ) – представляет собой отдельные микросхемы памяти.
Постоянная память (ПЗУ или ROM–read–only–memory) способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» - их записывают туда на этапе изготовления микросхемы. ПЗУ используется для хранения системных программ, в частности так называемой базовой системы ввода-вывода (BIOS–BASICInputandOutputSystem), вспомогательных программ и т.п. Основное назначение этих программ - проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководов гибких дисков.
Контроллеры
и шины.Между любым устройством и
оперативной памятью имеется два
промежуточных звена: 1) Для каждого
устройства в компьютере имеется
электронная схема, которая им управляет.
Эта схема называетсяконтроллером,илиадаптером.2)Все контроллеры
(адаптеры) взаимодействуют с микропроцессором
и оперативной памятью через системную
магистраль передачи данных, которую
просторечии называютшиной.
Носители информации
Магнитные диски в отличие от оперативной памяти, предназначены для постоянного хранения информации. К ним относятся: гибкие диски, компакт-диски, жесткие диски, стримеры, флэш-карты.
Существуют также внешние и переносные винчестеры, винчестеры со сменным диском, магнитооптические диски.
Устройства связи с другими вычислительными системами
Модем– это устройство для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть. Модемы бывают внутренними (в виде электронной платы, подключаемой к шине ISA компьютера), внешними – в виде отдельного устройства, и в виде РС– карты для подключения к портативному компьютеру.
Факс-модем– это устройство, сочетающее возможности модема и средства для обмена факсимильными сообщениями с другими факс-модемами и обычными телефонными аппаратами. Некоторые модемы могут принимать по телефонной сети звуковые сообщения, записывая их в файл и воспроизводить звуковые файлы в телефонную сеть. Такой модем в сочетании с соответствующим программным обеспечением может, например, использоваться в качестве автоответчика, осуществлять рассылку голосовых сообщений и т.п.
Сетевой адаптер– устройство, позволяющее подключать в локальную сеть.
Устройства ввода информации
КлавиатураIBMPC предназначена для ввода в компьютер алфавитно-цифровой информации от пользователя. Клавиши на клавиатуре можно разделить на следующие блоки: алфавитно-цифровой, который расположен в левой части; блок функциональных клавиш (на клавишах букваF); блок калькулятора, расположенный в правой части и служебные клавиши.
Световое пероисполнено в виде шариковой ручки, в которую вместо шарика вмонтирован фотоэлемент. В зависимости от исполнения световое перо оснащается одной или более кнопками, которые выполняют функции сходные с мышкой. Другая область применения светового пера – это совместное использование сдигитайзером.В этом случае световое перо выполняет пишущую функцию, этот способ ввода информации поддерживается различным программным обеспечением.
Дигитайзеры (графические планшеты) – это устройство для ручного ввода изображения в компьютер.
Сканер– это устройство для считывания графической и текстовой информации в компьютер. Сканеры бывают настольные (они обрабатывают весь лист бумаги целиком), барабанные (они пропускают лист бумаги сквозь себя) и ручные (их надо проводить над нужным рисунком или текстом).
Цифровые камерыв настоящее время являются одним из лучших инструментов для качественного ввода изображения в компьютер.
Устройства управления
К устройствам управления относятся мышь, трекбол, джойстик. На настольных компьютерах наиболее часто используемым указательным устройством является мышь-манипулятор. В зависимости от принципа устройства, мыши делятся на: механические мыши, оптомеханические мыши, оптические мыши. В механических перемещение шарика внутри отслеживается механическими датчиками (колесиками), в оптомеханических перемещение шарика отслеживается оптическими датчиками, а в оптических движущихся частей вообще нет.
По принципу трекболможно сравнить с мышью, которая лежит на спине. Обычно трекбол использует оптико-механический принцип регистрации положения шарика. Основные различия трекбола от мыши: 1) Трекбол обладает стабильностью (неподвижностью); 2) Площадка для движения трекболу не нужна.
Джойстик является устройством управления, подключается к компьютеру через игровой порт. Существует два типа джойстиков: цифровые джойстики и аналоговые джойстики.
Устройства вывода информации
Монитор(дисплей) компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Монитор подключается к компьютеру через особую плату, называемой видеокартой или графическим адаптером. Видеокарта используется для вывода неподвижных и движущихся изображений, позволяет выводить изображение на экран монитора, обрабатывать изображение, поступающее с видеомагнитофона, видеокамеры или телевизора. Основной характеристикой монитора является разрешающая способность, которая определяется максимальным количеством точек, размещающихся по горизонтали и по вертикали на экране. Современные мониторы имеют стандартные значения разрешающей способности от 640х480 до 1600х1200, но реально могут быть и другие значения. Разрешающая способность монитора не зависит от размера экрана.
Принтер(печатающее устройство) предназначен для вывода информации на бумагу. Наибольшее распространение в работе с ПК получили принтеры трех типов: матричные, струйные и лазерные.
Для получения цветного изображения с качеством близким к фотографическому или изготовления допечатных цветных проб используют термические принтерыили как их еще называют – цветные принтеры высокого класса.
Графопостроитель или плоттер–это устройство для вывода графической информации (чертежей) на бумагу, используются в системах конструирования. Плоттеры бывают барабанного типа (работают с рулоном бумаги) и планшетного типа (в них лист бумаги лежит на плоском столе). Бывают перьевые или карандашно-перьевые плоттеры, струйные плоттеры.
Саундбластер или звуковая картапозволяет осуществить запись звука, воспроизведение и синтез звука. К звуковой плате подключается микрофон, акустические колонки и проигрыватель компакт дисков CD-ROM.
Стримеры – устройства для записи и хранения информации на кассеты с магнитной лентой. Они являются также дополнительными устройствами памяти.
Ризограф– множительный аппарат (производитель - японская фирмаRISOCagaku, отсюда и название), который при подключении к компьютеру способен работать и как принтер, и как сканер.