Архитектура и принцип действия персонального компьютера Компьютер

Архитектура и принцип действия персонального компьютера Компьютер – электронная машина, так как состоит из электронных схем, вычислительная машина - так как обрабатывает информацию в цифровой форме, выполняя вычисления, численные арифметические и логические операции без вмешательства человека. Цифровая форма представления любых данных обеспечивает компьютеру такое свойство, как универсальность, пригодность для решения разнообразных задач. Компьютер принимает информацию в форме цифровых данных и работает с ней на основе программы, то есть последовательности команд обработки данных. Программа может быть неизменной (встроенной в компьютер с помощью логической схемы) или заменяемой (установленной на компьютере, загружаемой). В современных компьютерах есть оба типа программ. Результат работы компьютера должен быть сохранен или передан устройству вывода информации. Архитектура – структура компьютерной системы и взаимосвязей компонентов, аппаратных и (или) программных средств, описанная схематически или с подробным указанием параметров. Под архитектурной вычислительной системы подразумевается состав функциональных основных блоков, способ их соединения и принципы обмена информацией. При описании архитектуры часто опускается конкретная элементная база и устройства рассматриваются в общем виде. Первой официально описанной архитектурой была архитектура фон Неймана, предполагавшая наличие следующих устройств: - Центральное арифметико-логическое устройство (АЛУ) (центральная часть процессора, выполняющая арифметические и логические операции – преобразует машинные слова); - Центральное устройство управления (УУ); - Запоминающее устройство (ЗУ) или оперативная память; - Устройство ввода-вывода информации (УВВ). Архитектура современного компьютера на основе элементной базы фирмы Intel предусматривает следующие типы устройства: - Внутренние; - Магистраль (системная шина); - Контроллеры и порты; - Внешние устройства. К внутренним устройствам относятся: - Тактовый генератор (ТГ); - Центральный процессор (ЦП); - Сопроцессор (СП); - Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); - Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); - Кэш-память; - CMOS-память. Внутренние устройства, магистраль и локальные шины образуют системную (материнскую) плату. Тактовый генератор – устройство, которое непрерывно создает импульсы, согласующие во времени работу различных устройств (импульсы синхронизации). Процессор – является главным элементом компьютера и обеспечивает обработку информации любого типа, а также управление всеми остальными устройствами. Сопроцессор (СП) – вспомогательный процессор, специализирующийся на операциях какого-либо типа, например, на арифметических или графических.  Сопроцессор расширяет возможности центрального процессора компьютерной системы, но оформленный как отдельный функциональный модуль. Может отсутствовать, тогда он должен быть или встроен в процессор или имитирован программным путем (эмулирован). Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – устройство, хранящее информацию только при наличии питания. При отключении питания информация пропадает и не восстанавливается. Постоянное запоминающее устройство – устройство, хранящее информацию независимо от наличия питания. Кэш-память – специальная быстродействующая память, выделенная для работы с медленно работающими устройствами для ускорения процесса передачи информации. Первые Кеши работали с жесткими дисками. Часть данных с дисков, к которым наиболее часто обращается пользователь, помещается в Кэш-память и в дальнейшем работа происходит не с диском, а Кэш-памятью. Только после окончания работы с указанными данными информация из Кеш-памяти записывается на диск. Кэш-память бывает выполнена в виде отдельного устройства или встроена в процессор. CMOS-память – специальная память с малым потреблением энергии, в которой хранится информация о параметрах всех основных устройств компьютера. Эта память питается от специальной батарейки, размещенной на системной плате. Устройства в составе компьютерной системы должны быть совместимы. Совместимость – способность различных объектов к взаимодействию. Источники и получатели информации, комплектующие устройства аппаратуры должны для выполнения операций обладать совместимостью. Совместимостью должны обладать видеомагнитофон и телевизор, элементы телефонной связи и радиосвязи. Качество противоположное совместимости – несовместимость, конфликты при обработке информации. В компьютерной системе обработка и обмен данными выполняется при условии совместимости устройств и программ разных производителей (передать на монитор, принтер; получить от клавиатуры, мыши, модема; работать с диском). Интерфейс – в широком смысле определенная стандартами граница между взаимодействующими объектами. Интерфейс задает параметры, процедуры и характеристики взаимодействия объектов вычислительной система, выполняющих разные функции. Электрические параметры устройств, команды программ должны быть согласованы, чтобы правильно обмениваться информацией, не конфликтовать, иногда для этого применяется промежуточное устройство или программа интерфейса. Аппаратный интерфейс – сопряжение, совместимость устройств компьютера с помощью адаптеров. Например, видеоадаптер (устройство управления монитором) преобразует цифровые данные в аналоговые сигналы – меняющееся напряжение, управляющее цветом точек экрана. Аппаратно-программный интерфейс – совместимость программ с устройствами компьютера с помощью операционной системы. Способствует взаимодействию с пользователем. Стандарты и параметры спецификации, интерфейса устройств и программного обеспечения стали открыто публиковаться (не технология производства), компьютерная система стала «открытой». Открытая система – вычислительная среда из аппаратных и программных продуктов и технологий, разработанных в соответствии с общедоступными и общепринятыми (международными) стандартами. Обязательные свойства открытых систем: 1) переносимость – возможность переносить информацию и ПО между различными платформами; 2) совместимость компонентов (устройств) от различных производителей при конструировании, сборке и работе; 3) масштабируемость – сохранение инвестиций в информацию и ПО при переходе на более мощную аппаратуру; 4) доступность программного и аппаратного обеспечения для развития и перестройки структуры. Персональный компьютер (ПК) –универсальная малогабаритная ЭВМ, предназначенная для индивидуального использования. Характерные признаки персонального компьютера. 1. Возможность персональной работе с компьютером неспециалиста в вычислительной технике, дружественное взаимодействие компьютера и программ с пользователем. 2.Универсальное, похожее функционирование различных моделей. 3.Прикладное программное обеспечение охватывает широкий круг профессиональных задач и различные программы для отдыха. 4.Телекоммуникационные средства обеспечивают подключение к компьютерным сетям. 5.Применение принципа открытой архитектуры и микропроцессоров. 6.Широкая сеть сбыта и обслуживания. 7.Работу компьютерной системы выполняет аппаратное и программное обеспечение. Устройство – любое оборудование в корпусе компьютера или подключенное извне, в том числе по сети, которое может выполнять операции ввода и вывода данных, например жесткий диск, клавиатура, мышь, принтер. Устройства одинакового назначения могут иметь разную спецификацию (конструктивное решение, параметры, управление). Минимальный состав персонального компьютера в настольном варианте: системный блок, монитор, клавиатура и мышь. Системный блок содержит основные электронные схемы и устройства, которые позволяют компьютеру работать, управляют и вычисляют. В системном блоке находятся: материнская (системная) плата с процессором и оперативной памятью, устройства внешней памяти (накопитель на жестком диске, дисководы дискет и компакт-дисков) Для ввода и долговременного хранения информации (чтения и записи), блок питания. Такие устройства, как жесткий диск или дисковод CD-ROM, размещены внутри компьютера, но считаются устройствами, поскольку устанавливаются отдельно и заменимы. Для их работы под управлением операционной системы необходима программа для устройства – драйвер. Клавиатура – стандартное устройство ввода информации, передающее в компьютер символы или команды. Монитор – стандартное устройство вывода, отображения информации в форме знаков, графического и видеоизображения на электронном экране. Современные программные средства используют монитор как инструмент организации графического взаимодействия с пользователем, в частности для совместного ввода информации с помощью мыши и клавиатуры. Мышь – устройство позиционирования указателя на экране, позволяющее без использования клавиатуры выделять, перемещать, изменять объекты, отдавать команды. Периферийное устройство, периферия – часть аппаратного обеспечения, конструктивно отделенная от основного блока вычислительной системы. Периферийные устройства функционируют по командам центрального процессора. Периферийные устройства предназначены для внешней обработки данных, их подготовки, ввода, хранения, управления, защита, вывода и передачи по каналам связи, но не являются существенно необходимыми. Периферийное устройство может быть физически внешним (принтер, сканер, внешний модем), иногда находится в системном блоке (дисковод CD или внутренний модем). Арифметические основы работы компьютера Представление числовой информации с помощью систем счисления Для записи информации о количестве объектов используются числа. Числа записываются с использованием особых знаковых систем, которые называются системами счисления. Например, в десятичной системе счисления числа записываются с помощью десяти цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Система счисления – это знаковая система, в которой числа записываются по определенным правилам с помощью символов некоторого алфавита, называемых цифрами. Все системы счисления делятся на две группы: позиционные и непозиционные. В позиционных системах счисления значение цифры зависит от ее положения в числе, а в непозиционных – не зависит. Римская непозиционная система счисления Самой распространенной из непозиционных систем счисления является римская. В качестве цифр в ней используются: I (1), V (5), X (10), L (50), С (100), D (500), М (1000). Позиционные системы счисления Позиционные системы удобны тем, что они позволяют записывать любые числа с помощью сравнительно небольшого числа знаков. Еще более важное преимущество позиционных систем – это простота и легкость выполнения арифметических операций над числами, записанными в этих системах. В настоящее время наиболее распространенными позиционными системами счисления являются десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная, используемые при работе с ЭВМ. Еще в 1673 г. немецкий философ и математик Лейбниц предложил использовать двоичную систему в качестве универсального логического языка. Для ЭВМ она особенно удобна, так как имеет несомненные технические и математические преимущества: 1) при ее аппаратной реализации можно использовать физические элементы с двумя возможными состояниями (есть ток – нет тока, намагничен – не намагничен и т.д.); 2) представление информации посредством только двух состояний особенно надежно и помехоустойчиво; 3) возможно применение стандартного аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований; 4) двоичная арифметика проще десятичной (таблицы сложения и умножения здесь предельно просты). В двоичной системе счисления для изображения числа используются только два символа: 0 и 1, называемые двоичными цифрами (binary digits). При записи чисел на бумаге использовать двоичную систему неудобно, так как они получаются слишком длинными (сравните, например, числа 513 и 1000000001). Для ЭВМ это не имеет особого значения. Наибольший интерес при работе на ЭВМ представляют системы счисления с основаниями 2 (21), 8 (23) и 16 (24). Десятичная система счисления имеет алфавит цифр, который состоит из десяти арабских цифр и основание, равное 10, двоичная – две цифры и основание 2, восьмеричная – восемь цифр и основание 8, шестнадцатеричная – шестнадцать цифр (в качестве цифр используются и буквы латинского алфавита) и основание 16. Полную информацию можно увидеть в таблице 1. Десятичная система счисления Рассмотрим в качестве примера десятичное число 666. Цифра 6 встречается трижды, причем самая правая цифра 6 обозначает шесть единиц, вторая справа – шесть десятков и, наконец, третья справа – шесть сотен. Позиция цифры в числе называется разрядом. Разряд числа возрастает справа налево, от младших разрядов к старшим. В десятичной системе цифра, находящаяся в крайней справа позиции (разряде), обозначает количество единиц, цифра, смещенная на одну позицию влево, – количество десятков, еще левее – сотен, затем тысяч и т.д. Соответственно имеем разряд единиц, разряд десятков и т.д. Позиционные системы счисления являются аддитивно-мультипликативными. Особенно отчетливо аддитивно-мультипликативный способ образования чисел из базисных выражен в числительных русского языка, например, 568 (т.е. пять сотен плюс шесть десятков плюс восемь). Двоичная система счисления В двоичной системе счисления основание равно 2, а алфавит состоит из двух цифр (0 и 1). Следовательно, числа в двоичной системе в развернутой форме записываются в виде суммы степеней основания 2 с коэффициентами, в качестве которых выступают цифры 0 или 1. Позиционные системы счисления с произвольным основанием Возможно использование множества позиционных систем счисления, основание которых равно или больше 2. В системах счисления с основанием P (p-ичная система счисления) числа в развернутой форме записываются в виде суммы степеней основания с коэффициентами, в качестве которых выступают цифры 0, 1, ……., p-1. В шестнадцатеричной системе счисления базисными являются числа от 0 до 15. Из-за недостатка арабских цифр для обозначения базисных чисел, используют десять целых чисел от 0 до 9, а к остальным применяют буквенные обозначения A, B, C, D, E, F. Представление чисел в формате с фиксированной и плавающей запятой Целые числа в компьютере хранятся в памяти в формате с фиксированной запятой. В тех ЭВМ, в работе с которыми пользуются числами с фиксированной запятой, применяется естественная форма записи чисел, т. е. с постоянным количеством разрядов для целой и дробной части числа, следовательно, фиксация запятой одинакова для всех чисел. Сложение и вычитание чисел с фиксированной точкой производятся по правилам обычного двоичного сложения и вычитания, так как результат операции не влияет на положение точки. Однако при выполнении умножения и деления необходимо осуществлять коррекцию положения точки. Наличие дополнительных вычислений при представлении дробных чисел в формате с фиксированной точкой затрудняет расчеты на ЭВМ. Недостатки формата с фиксированной точкой – слежение за положением точки и сравнительно небольшой диапазон представляемых чисел устраняются представлением чисел в формате с плавающей точкой. В этом формате разряды числа разбиваются на два поля, имеющих названия мантисса и порядок. Если обозначить мантиссу буквой М, а порядок букв – Р, то величина числа X = ±М ±Р. Эта запись является эквивалентом формы записи десятичных чисел X = М * 10Р, где М – множитель, содержащий все цифры числа (мантисса), а Р– целое число (порядок). Например: 200 = 2*102, 36000000000 = 36*109. Для выделения положительных и отрицательных чисел в ЭВМ используется знаковый разряд, причем знак «+» обозначается цифрой 0, а знак «–» – цифрой 1.

Похожие:

	«Волшебный компьютер» (35 часов) Свойства информации. Язык представления информации. Кодирование информации. Основные понятия логики. Понятие графов. Устройство персонального...		Урок информатики для 8 классов «Устройство персонального компьютера» Материалы: мультимедийная установка, презентация «Устройство персонального компьютера», компьютеры, подключенные к интернету, программа...
	Лекция № Тема: Общий состав и память персонального компьютера По своему назначению компьютер универсальное техническое средство для работы человека с информацией		1. Основные понятия информатики. Устройство и принцип работы персонального... ...
	Реферат На тему: Архитектура компьютера >> Составные части, из которых состоит компьютер, называют модулями. Среди всех модулей выделяют основные модули, без которых работа...		Bios это программа, которая выполняет первоначальный запуск персонального... Работа bios заключается в обеспечении начальной загрузки компьютера с последующим запуском операционной системы, а также в хранении...
	Разработка урока по информатике для 3 класса по теме: «Устройство компьютера» Тема урока: Урок-игра «Путешествие в компьютерную долину. Архитектура программного компьютера»		Реферат по электротехнике на тему «Принцип действия бытовой электроники» Работу Сбисы, микросхемы и др Самой важной платой компьютера является системная плата. На ней находятся центральный процессор, сопроцессор,...
	Рабочая программа дисциплины "архитектура компьютера" Направление... Цель дисциплины: формирование систематизированных знаний в области архитектуры компьютера, организации компьютерных систем		Учебно-методический комплекс дисциплины архитектура компьютера (Архитектура... Рындина Татьяна Николаевна, ст преподаватель кафедры Физики, информатики и информационных технологий
	Лекция Средства обучения и контроля Тема Введение. Виды корпусов и блоков питания системного блока персонального компьютера		Программное обеспечение персонального компьютера Программа составлена на основе федерального компонента государственного стандарта (основного) общего образования
	Халявская Елена Игоревна Прикладное программное обеспечение Пк – Персональный Компьютер – компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем, то есть для личного использования....		Программное обеспечение персонального компьютера Краевое государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования алтайский промышленно-экономический...
	Программное обеспечение персонального компьютера Краевое государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования алтайский промышленно-экономический...		Урок Устройство персонального компьютера Компьютеры — это машины для решения вычислительных задач с помощью заданных наборов инструкций или программ