Раздел 2 общий состав и структура персональных эвм и вычислительных систем. Программное обеспечение
Тема 2.1 Архитектура персонального компьютера, структура вычислительных систем, их программное обеспечение
Студент должен:
иметь представление:
о принципе построения компьютера и вычислительных систем;
о структуре программного обеспечения персонального компьютера;
знать:
общую функциональную схему компьютера;
назначение и основные характеристики устройств компьютера;
уметь:
перечислять состав и назначение устройств и программного обеспечения компьютера;
работать с носителями информации.
Компьютер - устройство для накопления, обработки и передачи информации. Обработка информации центральным процессором и организация оперативной памяти компьютера. Хранение информации и ее носители: гибкие, жесткие, компакт - диски. Организация размещения информации на дискетах и дисках: сектор, таблица размещения, область данных. Магистрально-модульный принцип построения компьютера. Внутренняя архитектура компьютера; процессор, память. Периферийные устройства. Клавиатура, монитор, дисковод, мышь, принтер, сканер, модем, джойстик, мультимедийные компоненты. Программный принцип управления компьютером.
Компьютер – это техническое средство сбора, обработки, хранения и передачи информации.
Персональный компьютер – это компьютер для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности применения.
Характеристики:
малая стоимость;
автономность эксплуатации;
гибкость архитектуры;
«дружественность ОС;
высокая надежность.
Основой компьютера – является аппаратура.
Принцип действия состоит в выполнении программ.
Схема компьютера
Архитектура – совокупность аппаратных и программных средств ПЭВМ, а также система их взаимодействия, обеспечивающая функционирование компьютера.
Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами.
Программное обеспечение
Программы — это упорядоченные последовательности команд.
Программы разделяются по уровням:
Системный уровень - обеспечивает взаимодействие программ компьютерной системы с программами базового уровня и с аппаратным обеспечением (драйвера устройств, операционные системы).
Служебный уровень (утилиты) – предназначен для автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы (программа проверки дисков, программа дефрагментации диска, оптимизации памяти, архиваторы, антивирусы и т.д.).
Прикладной уровень - комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий необычайно широк - от производственных до творческих и развлекательно обучающих (текстовые процессоры, графические редакторы, игры, электронные таблицы и т.д.).
Примеры прикладных программных средств: системы управления базами данных; системы автоматизированного проектирования; настольные издательские системы; экспертные системы; Wеb-редакторы; бухгалтерские системы; финансовые аналитические системы; системы видео монтажа и т. д.
Инструментальный уровень - системы программирования. В них входят среды программирования и языки программирования (трансляторы, отладчики, интегрированные среды программирования, среды программирования - Бейсик, Паскаль, Си и т.д.)
Аппаратное обеспечение
К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.
При построении используется магистрально-модульный принцип.
Модуль – функционально и конструктивно законченный блок, который может состоять из нескольких устройств.
Модули подключаются на физическом уровне с помощью адаптеров и контролеров, на программном уровне с помощью драйверов.
Открытость архитектуры означает возможность замены отдельных модулей.
Стандартный набор устройств
Системный блок;
Клавиатура;
Монитор;
Мышь.
Остальное оборудование относиться к периферийному оборудованию.
Монитор — устройство визуального представления данных.
Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.
Мониторы бывают:
на базе электронно-лучевой трубки;
жидкокристаллические (с активной и пассивной матрицей);
сенсорный экран;
плазменные.
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты:
Системная (материнская) плата;
Жесткий диск (винчестер);
Вентилятор (куллер);
блок питания;
Разъемы – порты ввода – вывода;
Дисководы;
Встроенный модем;
Видео карта и т. д.
Материнская плата — основная плата персонального компьютера.
На ней размещаются:
процессор — основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций.
микросхема BIOS;
микросхемы быстрой памяти КЭШ;
шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;
слоты- разъемы для подключения дополнительных устройств.
Центральный процессор содержит:
арифметико-логическое устройство;
шины данных и шины адресов;
регистры;
счетчики команд;
кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);
математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров.
В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными.
Микропроцессор – это микросхема, которая производит все арифметические и логические операции, осуществляет управление всем процессом решения задачи по заданной программе.
Характеризуется процессор быстродействием, тактовой частотой, разрядность процессора.
Быстродействие - количество элементарных операций, выполняемых процессором за единицу времени. Измеряется в операциях в секунду (оп/сек).
Тактовая частота – это скорость выполнения элементарной операции. Измеряется в мегагерцах или гигагерцах (МГц или ГГц).
Разрядность процессора определяется количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.
Запоминающие устройства ПК
Память – устройство для хранения информации в компьютере. Различают 2 вида памяти: внутреннюю и внешнюю.
Внутренняя память
В состав внутренней памяти входят: оперативная память, КЭШ память и специальная память.
1 Оперативная память (ОЗУ, RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) - это быстрое запоминающее устройство, не очень большого объема, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Это энергозависимая память, т. е. при отключении электричества, все, что находилось в этой памяти, стирается.
2 КЭШ (cache) – сверхоперативная память – очень быстрое ЗУ, небольшого объема, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации.
Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.
Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.