1 Основные устройства компьютера, их функции и взаимосвязь.

 

Архитектура ЭВМ – это общее описание структуры и функций ЭВМ, ее ресурсов.

Ресурсы ЭВМ – средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. К ресурсам ЭВМ традиционно относят объем доступной памяти, процессорное время и др.

Архитектура первых ЭВМ строилась согласно принципам фон Неймана (сороковые годы ХХ века).

Схема взаимодействия устройств таких ЭВМ представлена на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема взаимодействий устройств компьютера согласно архитектуре фон Неймана

 

Обозначения:

УУ – устройство управления

АЛУ – арифметико-логическое устройство

 

Устройства ввода служат для занесения в оперативную память ЭВМ как текста программы, так и всех исходных данных.

В настоящее время разработан ряд типов устройств ввода. Если информация цифровая и буквенная, то для ввода используют клавиатуру. Скорость ввода информации с помощью клавиатуры ограничена возможностями человека – примерно 200 символов в минуту.

Если необходимо ввести графическую информацию, поместить в память какую-нибудь линию, используют панели графического ввода с контактными карандашами или световые перья. Имеются и устройства ввода речевой информации.

Раньше широко использовались такие устройства ввода, в которых информация считывалась с перфокарты или с перфоленты. Такой способ громоздок, так как сначала всю информацию необходимо «набить» на перфокарту или перфоленту и лишь затем использовать в ЭВМ. Устройства ввода с перфокарты и с перфоленты работали с такими скоростями: с перфоленты в среднем за одну секунду считывалось 100 символов; с перфокарты считывалось за одну минуту до 700 перфокарт.

 

Среди устройств вывода довольно широко применяется принтеры (матричные, струйные, лазерные), плоттеры (графопостроители) и др. Результат работы ПК может быть показан на экране дисплея.

 

Устройство управления (УУ) обеспечивает координацию действий всех узлов машины в соответствии с программой.

 

В состав арифметико-логического устройства (АЛУ) входят все операции арифметики и ряд других операций (сравнения на равенство и неравенство, операции алгебры логики, команды условного перехода и т.п.).

 

В процессоре осуществляются все арифметические и логические операции над закодированной информацией. Процессор – устройство компьютера, осуществляющее обработку информации.

 

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) служит для хранения выполняемой программы и основной части обрабатываемой информации. ОЗУ состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой номер (адрес). ОЗУ работает под непосредственным управлением микропроцессора, все данные для которого непосредственно поступают только из ОЗУ. Оно обеспечивает хранение информации лишь в течение сеанса работы с ПК – после выключения компьютера из сети данные, хранимые в ОЗУ, теряются безвозвратно, то есть ОЗУ – энергозависимое устройство.

 

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в современной терминологии RОМ (Read Only Memory). Во многих ПК ПЗУ реализовано отдельной микросхемой, в которой при изготовлении ПК «зашиты» основные команды ввода/вывода, осуществляющие начальное взаимодействие аппаратного и программного обеспечения ПК. Этот вид памяти доступен лишь для чтения хранящейся в ней информации. После выключения питания компьютера, информация в ПЗУ сохраняется, то есть ПЗУ – энергоНЕзависимое устройство.

 

Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) предназначено для долговременного хранения информации и характеризуются большим объемом памяти и низким по сравнению с ОЗУ быстродействием.

К подобным устройствам относятся:

        накопители на гибких магнитных дисках, предназначенные для чтения/записи информации на гибкие диски (дискеты);

        накопители на жестких магнитных дисках или винчестеры;

        дисководы для работы с лазерными компакт-дисками;

        стримеры, предназначенные чтения/записи информации на магнитные ленты;

        магнито-оптические дисководы для работы с магнито-оптическими дисками.

 

Каждое из внешних устройств с помощью каналов связи подключается к устройству управления и процессору ПК.

 

Архитектура ЭВМ постоянно совершенствуется. На смену большим ЭВМ пришли мини-ЭВМ, а затем и персональные компьютеры (ПК). Сохраняя общие принципы архитектуры, каждая новая модель компьютеров обладает определенными отличительными признаками.

 

В состав современного персонального компьютера входит:

-         системный блок;

-         клавиатура;

-         монитор (см. рис. 2).

Рис. 2. Базовый комплект персонального компьютера

 

Кроме того, в состав ПК входят манипулятор “мышь”, принтер, джойстик, модем, сканер.

 

Архитектура ПК, основанная на магистрально-модульном принципе организации обмена информации, включает центральные (процессор, память) и периферийные устройства, которые соединены между собой и обмениваются информацией посредством информационной магистрали – системной шины. Центральные устройства подсоединены к шине непосредственно, а периферийные – через устройства сопряжения (контроллеры или адаптеры).

 

Рис. 3. Схема архитектуры ПК, основанной на магистрально-модульном принципе организации обмена информации.

 

НГМД – накопитель на гибких магнитных дисках (дисковод флоппи-диска)

НЖМД – накопитель на жестких магнитных дисках (винчестер)

 

С точки зрения аппаратурной реализации основу компьютера составляет находящаяся в системном блоке системная (“материнская”) плата, на которой размещены основные (центральные) устройства компьютера – процессор и память (оперативная и постоянная), соединенные между собой системной шиной (информационная магистраль), к которой подсоединяются контроллеры всех периферийных устройств, подключаемых к компьютеру (см. рис. 4). При этом периферийными считаются и клавиатура, и монитор, и винчестер, и дисководы, и модем, и манипуляторы, и сканер, и видеокамера и т.д. Дополнительные устройства, позволяющие пользователю компьютера слушать музыку, смотреть видеоролики и др., подключаются через специальные платы расширения. Невозможна работа компьютера и без таких вспомогательных (с точки зрения процесса обработки информации) устройств, как блок питания, система охлаждения и пр.

 

Рис. 4. Схема аппаратурной части компьютера

 

Примечание. Адаптер монитора (видеоадаптер) часто также располагается на системной плате.

 

Пользователей устройство ПК интересует больше всего с точки зрения того, как организуются информационные процессы, а именно, ввод, хранение, передача, обработка, вывод информации, и какие устройства их обеспечивают.

 

Как правило, каждое устройство имеет определенное назначение и относится к тому или иному классу. Все устройства даже одного класса отличаются друг от друга. Например, монитор, может быть большим или маленьким по размеру, цветным или монохромным, плоским или объемным, с защищенным экраном или без, а также “био”, “от DDD”, “от SAMSUNG”, на жидких кристаллах или основан на самой новейшей технологии.

 

Устройства компьютера можно охарактеризовать по следующим признакам:

        класс устройств (название);

        назначение;

        принципы работы;

        основные технические характеристики (потребительские свойства);

        особенности.

Изменение технических характеристик устройств – это улучшение их потребительских свойств.

 

Кроме того, любое устройство без программной поддержки - это просто “железо”. Чтобы оно работало нужны специальные программы (для управления каждым устройством - своя). Такие программы называются “драйверами” (от английского drive - приводить в движение, управлять).

 

Компьютер предназначен для обработки самой различной информации. Большинство устройств компьютера “работают” со всеми видами информации, но есть и “специализирующиеся” на конкретных видах (текстовой, числовой, графической, звуковой, управляющей).