Функциональная схема компьютера
Лекция. Функциональная схема компьютера
Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Компьютер (от анг. computer – вычислитель) – это программируемое электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.
Несмотря на огромное разнообразие ВТ и её необычайно быстрое совершенствование, фундаментальные принципы устройства машин во многом остаются неизменными и в частности архитектура ЭВМ.
Архитектура компьютера – это его описание на некотором общем уровне, включающее логическую организацию, структуру и ресурсы компьютера.
В основу архитектуры современных компьютеров положены магистрально-модульный принцип и принципы Джона фон Неймана.
Суть этих принципов:
1. Джон фон Нейман (блестящий математик и физик), изучив конструкцию первых ЭВМ, выдвинул идею нового типа логической организации ЭВМ, а именно:
Наличие устройства ввода-вывода информации;
Адресуемая память;
Процессор, состоящий из устройства управления и арифметико-логического устройства;
Данные и программы хранятся вместе
2. Компьютер не является неделимым, цельным объектом. Он состоит из некоторого количества устройств – модулей. (Комплектовать свой компьютер из этих модулей пользователь может по собственному желанию. Он может легко заменять одни устройства на другие, тем самым модернизируя компьютер). А связаны все модули компьютера между собой через набор электронных линий – магистраль (системная шина). Магистраль обеспечивает обмен данными между устройствами компьютера.
Именно эти устройства являются базовыми и достаточными для работы компьютера на пользовательском уровне.
Рассмотрим функциональную схему компьютера:
Современный персональный компьютер состоит из нескольких основных конструктивных компонентов:
системного блока;
монитора;
клавиатуры;
манипуляторов.
Системный блок компьютера
Современный персональный компьютер может быть реализован в настольном (desktop), портативном (notebook) или карманном (handheld) варианте.
Системный блок может иметь горизонтальную или вертикальную компоновку.
Системный блок – самый главный блок компьютера. К нему подключаются все остальные блоки, называемые внешними или периферийными устройствами. В системном блоке находятся основные электронные компоненты компьютера. ПК построен на основе СБИС (сверхбольших интегральных схем), и почти все они находятся внутри системного блока, на специальных платах (плата - пластмассовая пластина, на которой закреплены и соединены между собой электронные компоненты - СБИСы, микросхемы и др.). На передней панели системного блока, как правило, находятся кнопка включения электропитания, кнопка перезагрузки. На задней панели расположены разъемы для подключения внешних устройств.
В системном блоке размещаются:
блок питания - устройство, преобразующее переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и внутренних устройств. Блок питания содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока.
системная плата (материнская плата);
магистраль (системная шина);
процессор;
звуковая карта;
видеокарта (графическая карта);
накопители на жёстких магнитных дисках;
накопители на гибких магнитных дисках;
оптические, магнитооптические и пр. накопители.
Системная плата
Системная (материнская, главная) плата является центральной частью любого компьютера, на которой размещаются в общем случае центральный процессор, сопроцессор, контроллеры, обеспечивающие связь центрального процессора с периферийными устройствами, оперативная память (RAM), кэш-память, элемент ROM-BIOS (базовой системы ввода/вывода), аккумуляторная батарея, кварцевый генератор тактовой частоты и слоты (разъемы) для подключения других устройств.
Общая производительность системной платы определяется не только тактовой частотой, но и количеством (разрядностью) данных, обрабатываемых в единицу времени центральным процессором, а также разрядностью шины обмена данных между различными устройствами системной (материнской) платы.
Процессор
Процессор - это электронная схема, выполняющая обработку информации.
Процессор является основной микросхемой компьютера и представляет собой небольшую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 2Х2 см., на которой размещается десятки млн функциональных элементов. У компьютеров 4 поколения функции процессора выполняет микропроцессор – сверхбольшая интегральная схема, реализованная в едином полупроводниковом кристалле площадью меньше 0,1 см².
На таком кристалле может размещаться до 5,5 млн. транзисторов. Эти элементы образуют сложную структуру и позволяют процессору производить обработку информации с очень высокой скоростью. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к материнской плате компьютера.
Назначение микропроцессора:
Выполнять команды программы, находящейся в оперативной памяти.
Координировать работу всех устройств компьютера.
В состав процессора обязательно входят:
устройство управления (координирует работу всех устройств компьютера);
арифметико-логическое устройство (выполняет команды программы, находящейся в оперативной памяти);
регистры памяти (ячейки, в которых по очереди помещаются команды программы, по которой работает процессор и вся необходимая информация для их выполнения);
шины данных, команд, адресов (по этим магистралям происходит обмен данными между внутренними устройствами процессора и внешними по отношению к нему).
Характеристики процессора:
1. Тактовая частота – скорость передачи информации между устройствами компьютера (измеряется в МГц и ГГц 1МГц=миллион тактов в секунду).
Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду. Такт – это промежуток времени между двумя последовательными импульсами, подаваемыми специальной микросхемой – генератором тактовой частоты (вырабатывает электрические импульсы и посылает их по проводам от одного устройства к другому; чем быстрее идет электрический сигнал, тем быстрее процессор обрабатывает информацию). Повышение тактовой частоты происходит от одной модели процессора к другой. Например, первые модели процессоров Intel работали с тактовой частотой 8МГц, а современные – свыше 4 ГГц.