Технические средства реализации информационных процессов

1. Архитекрура ЭВМ. Понятие о принципах работы ЭВМ. Основные устройства компьютера.

2. Процессор. Основные характеристики процессора

3. Память ПК. Виды, организация и основные характеристики.

4. Периферийные устройства ПК: виды и назначение.

1. Архитектура ЭВМ. Понятие о принципах работы ЭВМ. Основные устройства компьютера.

Компьютер - это универсальная электронная машина, которая состоит из согласованно работающих аппаратных и программных средств для автоматической обработки информации.

Архитектура компьютера - это совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач. Включает основные устройства ЭВМ и структуру связей между ними.

Обычно, описывая архитектуру ЭВМ, особое внимание уделяют тем принципам ее организации, которые характерны для большинства машин, относящихся к описываемому семейству, а также оказывающие влияние на возможности программирования.

Поскольку от архитектуры компьютера зависят возможности программирования на нем, поэтому при описании архитектуры ЭВМ уделяют внимание описанию команд и памяти.

Для работы на компьютере необходимо иметь:

1. Aппаратное обеспечение (Hardware) - это физические устройства, которыми человек управляет с помощью программам и получает информацию от компьютера

2. Программное обеспечение (Software), - это совокупность необходимых программ, набор инструкций, по которым работает аппаратное обеспечение, а цель каждой программы – решить какую-либо задачу пользователя.

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

Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последовательности без вмешательства человека.

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. Внутренняя память компьютера состоит из частиц – битов, в одном бите памяти хранится один бит информации.

Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек одинаковой емкости, каждая из которых имеет порядковый номер – адрес. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Наименьшая адресуемая часть внутренней памяти – 1 байт ( 8 бит )

Компьютеры, построенные на перечисленных принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без счетчика команд, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам необязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не фон-неймановскими.

К настоящему время принципы фон Неймана дополнены рядом других принципов:

1. открытая архитектура, которая означает, что в основе разработки новых ЭВМ лежат общедоступные стандарты, которые унифицируют взаимодействие различных типов оборудования и отдельных технических узлов ЭВМ. Использование при разработке оборудования открытых стандартов позволяет разным производителям разрабатывать для ЭВМ новые аппаратные средства, заменяющие или дополняющие существующее оборудование;

2. модульность построения технической архитектуры состоит в том, что вся ЭВМ состоит из отдельных функционально и конструктивно законченных модулей. Соблюдение этого принципа упрощает процедуру замены устаревших или неработоспособных узлов ЭВМ на современные или рабочие;

3. стандартизация технических устройств ЭВМ означает, что все устройства ЭВМ согласованы по своим электрическим, электромагнитным параметрам, протоколам работы, габаритам и т.д.;

В соответствии с принципами фон-неймановской архитектуры все устройства, входящие в состав компьютера, можно разделить на следующие группы:

1. Процессор – устройство управления и обработки информации - арифметической и логической,

2. Память.

3. Устройства ввода - вывода.

Устройством, обрабатывающим информацию, является центральный процессор (ЦП). Он также обеспечивает согласование действий всей аппаратуры, входящей в состав компьютера. Располагается процессор в системном блоке.

Там же расположены запоминающие устройства (память), предназначенные для хранения информации.

Устройства ввода и вывода информации расположены вне системного блока. Они играют посредническую роль, обеспечивая взаимодействие человека и компьютера. Для ПК неотъемлемыми устройствами ввода являются клавиатура и мышь, за вывод отвечает монитор, отображающий на своем экране выводимую информацию

Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Материнская плата — это самая большая плата персонального компьютера. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор, память и периферийные устройства, — так называемые шины.

Различают

• шину данных, по которой процессор копирует данные из ячеек памяти,

• шину адреса, по которой он подключается к конкретным ячейкам памяти, и

• шину команд, по которой в процессор поступают команды из программ.

К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем — так называемый чипсет.

Шины представляют собой многопроводные линии.

Системная магистраль ПК – это среда передачи сигналов управления, адресов, данных, к которой параллельно и одновременно могут подключаться несколько компонентов ПК.

Обычно персональный компьютер состоит из трех частей:

• системный блок,

• клавиатура (для организации ввода информации в компьютер),

• монитор (для отображения текстовой и графической информации).

В системном блоке располагаются электронные схемы (микропроцессор, ОП, контроллеры устройств), блок питания (преобразует напряжение сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электрические схемы), НГМД (дисководы), НЖМД (винчестер). К системному блоку можно подключать дополнительные устройства ввода-вывода через специальные гнезда (разъемы) на задней стенке компьютера: принтер, мышь, сканер, графопостроитель, модем, факс- модем, звуковые колонки и т.д.

Микросхемы центрального процессора и оперативной памяти расположены на самой большой электронной плате, которую называют системной или материнской платой (motherboard). На материнской плате размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации, а схемы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера, реализованы на отдельных платах и вставляются в стандартные разъемы на материнской плате.

Микропроцессор производит все вычисления и обработку информации. Контроллеры и шина осуществляют обмен информацией между ОП и внешними устройствами (ВУ). Для каждого ВУ в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. Все контроллеры взаимодействуют с МП и ОП через системную магистраль по передаче данных, называемую шиной.

2. Процессор

Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором.

Обязательными компонентами микропроцессора являются арифметико – логическое устройство и блок управления.

Арифметико – логическое устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций, а устройство управления координирует работу всех компонентов и выполнение процессов, происходящих в компьютере.

Процессор компьютера предназначен для обработки информации. Каждый процессор имеет определенный набор базовых операций (команд), например, одной из таких операций является операция сложения двоичных чисел.

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами.

Основных шин три:

• шину данных, по которой процессор копирует данные из ячеек памяти,

• шину адреса, по которой он подключается к конкретным ячейкам памяти, и

• шину команд, по которой в процессор поступают команды из программ.

Основные характеристики процессора:

1. Тактовая частота задает ритм жизни компьютера. Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения одной операции и тем выше производительность компьютера.

Тактовая частота процессора - число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например сложение). Таким образом, тактовая частота - количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.

Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера Тактовая частота измеряется в мегагерцах 1Мгц = 1 миллион операций в секунду.

2. Разрядность машинного слова. Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность , является разрядность - это количество информации, обрабатываемое машиной за один такт. Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти – регистрами. Регистр в 1байт (8бит) называют восьмиразрядным, в 2байта – 16-разрядным и тд. Высокопроизводительные компьютеры имеют 8-байтовые регистры (64разряда). Т.е. разрядность - это максимальная длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком.

В общем случае производительность процессора тем выше, чем больше его разрядность. В настоящее время используются 18,16-, 32- и 64-разрядные процессоры, причем практически все современные программы рассчитаны на 32- и 64-разрядные процессоры.