18

Аппаратные средства персонального компьютера

Введение

1. Основные сведения о построении ЭВМ

2. Аппаратные средства персонального компьютера

3. Характеристика основных устройств персонального компьютера.

Выводы

ЛИТЕРАТУРА

1. Информатика: Учебник / Под ред. проф.Н.В.Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2001. - 768 с. (главы 4-7).

2. Інформатика: Комп'ютерна техніка. Комп'ютерні технології: Підручник для студентів вищих навчальних закладів / За ред.O.I.Пушкаря. – К.: Видавничий центр "Академія", 2002. с. 12-81).

3. Информатика: Базовый курс /С.В.Симоновичи др. – СПб.: Питер, 2002. 62-85 с.

Введение

В информатике понятие «система» чаще всего используется относительно технических средств и программ. Системой называют также аппаратную часть компьютера.

В работе ПК, реализуемом его аппаратными средствами, можно выделить следующие этапы:

1. Зарождение данных— формирование первичных сообщений, которые фиксируют результаты определенных операций, свойства объектов и субъектов управления, параметры процессов, содержание нормативных и юридических актов и т.п.

2. Накопление и систематизация данных— организация их размещения, обеспечивающая быстрый поиск и отбор нужных сведений, методическое обновление данных, защиту их от искажений, потери, нарушения целостности и др.

3. Обработка данных— процессы, в результате которых на основе ранее накопленных данных формируются новые виды данных: обобщающие, аналитические, рекомендательные, прогнозные.

4. Отображение данных— представление их в форме, пригодной для восприятия человеком. Прежде всего — это вывод на печать, т.е. изготовление документов, удобных для восприятия человеком. Широко используют построение графических иллюстративных материалов (графиков, диаграмм) и формирование звуковых сигналов.

Цельюпрактического занятия является изучение состава и характеристик аппаратных средств ПК, основных принципов организации его работы.

1. Основные сведения о построении эвм

Электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер — это устройство, выполняющее операции ввода данных, их сохранение и обработку по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком.

За каждую из названных операций отвечают специальные блоки ЭВМ: устройства ввода, центральный процессор (ЦП), память, устройства вывода. Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.

Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме (рис. 1). Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками — пути и направления передачи управляющих сигналов.

В ЦП входит арифметико-логическое устройство (АЛУ), запоминающее устройство (ЗУ) в виде регистров и внутренней кэш-памяти, устройство управления (УУ). Функции процессора:

• обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

• программное управление работой устройств компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством(АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называетсяустройством управления(УУ).

В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами, которые выполняют функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, «вырезать» отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами. Основным элементом регистра является электронная схема, называемаятриггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд двоичного кода).

Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления.

Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

• сумматор— регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;

• счетчик команд— регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;

• регистр команд— регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.

Устройство управлениякоординирует работу всех элементов и устройств процессора и памяти. В последовательности, определяемой программой, оно выбирает из ОЗУ команду за командой. Каждая команда декодируется; по требованию из указанных в ней ячеек ОЗУ передаются в АЛУ (или наоборот) элементы данных; АЛУ настраивается на выполнение действия, указанного командой (в этом действии могут участвовать также устройства ввода-вывода); дается команда на выполнение этого действия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не возникнет одна из следующих ситуаций:

• исчерпаны входные данные;

• от одного из входных устройств поступила команда на прекращение работы;

• выключение питания ЭВМ.

Оперативное запоминающее устройство(ОЗУ) («память») — блок ЭВМ, предназначенный для размещения программ, а также временного хранения некоторых входных данных и промежуточных результатов. ОЗУ способно записывать (считывать) элементы программ и данных в произвольное место памяти (из произвольного места памяти), имеет высокое быстродействие.

Запоминающие устройства бывают трех видов:

• двунаправленные(допускают считывание и запись данных), к ним принадлежит ОЗУ;

• полупостоянные, предназначенные для хранения редко изменяемой информации, (например, данные о конфигурации ЭВМ) (ППЗУ);

• постоянные, допускающие только считывание один раз записанной в них информации (ПЗУ).

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом:

1. Принцип программного управления.Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.

А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.

Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условногоилибезусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп».

Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти.Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности.Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

При рассмотрении ЭВМ принято различать их архитектуруиструктуру.

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств.Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними.Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Функциональные возможности ЭВМ обусловливают их важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:

• быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени;

• разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;

• номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;

• номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;

• типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ЭВМ между собой (внутримашинного интерфейса);

• способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ (многопрограммность);

• типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине;

• наличие и функциональные возможности программного обеспечения;

• способность выполнять программы, написанные для других типов ЭВМ (программная совместимость с другими типами ЭВМ);

• система и структура машинных команд;

• возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;

• эксплуатационная надежность ЭВМ;

• коэффициент полезного использования ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.

Микро-ЭВМ, к разряду которых относятся ПК, обладают следующими характеристиками:

• производительность - до 100 MIPS;

• емкость основной памяти - 4-2048 Мбайт;

• емкость дисковой памяти - 2-160 Гбайт;

• число поддерживаемых пользователей - 16-512.

Все модели мини-ЭВМ разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем, 16-, 32-, 64-разрядных микропроцессоров.

В класс персональных компьютеров входят различные машины — от дешёвых домашних и игровых с небольшой оперативной памятью, с памятью программы на кассетной ленте и обычным телевизором в качестве дисплея (80-е годы), до сверхсложных машин с мощным процессором, винчестерским накопителем ёмкостью в сотни Гигабайт, с цветными графическими устройствами высокого разрешения, средствами мультимедиа и другими дополнительными устройствами.

Персональный компьютердля удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности применения должен иметь следующие характеристики:

• малую стоимость, находящуюся в пределах доступности для индивидуального покупателя (от нескольких сотен до 5 —10 тыс. у.е.);

• автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

• гибкость архитектуры, обеспечивающую ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

• «дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающую возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;

• наличие ЗУ на магнитных дисках емкостью от 20 до 200 и более Гбайт, объём оперативной памяти не менее 128 Мбайт;

• высокую надежность работы (более 5000 ч. наработки на отказ).

Классификация персональных компьютеров приведена в табл. 1.

Таблица 1. Классификация персональных ЭВМ

Класс персональных ЭВМ	Масса, кг	Источник питания	Примечание
Настольные (desktop)	5-10 (без монитора	Бытовая электросеть	Используются внутри помещений для оборудования рабочих мест; обеспечивают широкие функциональные возможности
Переносные (laptop)	2,5-5	Бытовая электросеть или аккумуляторные батареи	Предназначены для использования в поездках. Обеспечивают широкие функциональные возможности, включая подключение к вычислительным сетям
Блокнотные (notebook)	0,7-2,5	Аккумуляторные батареи или преобразователь напряжения	Предназначены для использования в поездках. Обеспечивают сокращенные функциональные возможности. Особенно это касается применения разнообразных периферийных устройств
Электронный секретарь, электронная записная книжка (PDA, Personal Digital Assistant)	Менее 0,7	Батареи или преобразователь напряжения	Как правило, помещаются в кармане, можно легко держать в руке. Набор функций дает возможность выполнять записи текстов, некоторые вычисления, вести расписание, телефонный справочник, переводить фразы с иностранных языков и др.