Общий состав и структура персональных эвм кратко

Обновлено: 02.07.2024

Тема 1. Общий состав и структура персональных ЭВМ и вычислительных систем

Содержание темы: Классификация ЭВМ. Структура ПК. Структура микропроцессора. Цифровые запоминающие устройства (ЗУ). Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Устройства ввода-вывода информации.

Литература: 1; 4; 5; 7; 8.

Методические рекомендации:

Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер, вычислитель - это совокупность технических устройств и программных продуктов, предназначенных для выполнения различного рода логических, арифметических и аналитических задач.
Для выполнения любых действий компьютеру необходима программа. Она выполняется по команде пользователя, человека или устройства, передающего сигналы в ЭВМ. Эти сигналы, поступая на естественном языке в виде текста, таблицы или звука, преобразуются в один из двоичных кодов и далее обрабатываются и выводятся в виде результата.
Типы современных электронных вычислительных машин разнообразны - от микроЭВМ до персональных компьютеров, которые и являются наиболее популярными.
На сегодняшний день обществом используется очень большое количество вычислительных машин. И для того чтобы разобраться с этим объемом ЭВМ, их необходимо классифицировать по признакам.
Конструктивно ПК минимальной конфигурации должен состоять из 3-х компонентов: системного блока, дисплея и клавиатуры.
Системный блок (компьютерная платформа) - это устройство, содержащее в своей структуре все основные технические компоненты ПК:

  1. микропроцессор, выполняющий управление работой машины и операции над данными;
  2. оперативную память, осуществляющую хранение информации, непосредственно участвующей в работе программы, и является энергозависимой;
  3. постоянную память, предназначенную для хранения наиболее распространенных и часто используемых программ, необходимых для работы компьютера, и являющуюся энергонезависимой;
  4. адаптеры и контроллеры, необходимые для управления периферийных устройств и контроля за ними;
  5. коммуникационные порты, необходимые для подключения различных устройств к ПК;
  6. накопитель на жестком диске (винчестер);
  7. накопитель на гибких дисках (дисковод);
  8. накопитель на компакт-дисках (CD-ROM);
  9. блок питания

Внешне системный блок представляет собой металлический корпус с рабочей лицевой панелью и задней панелью, на которой размещены разъемы коммуникационных портов для подключения периферийного оборудования.
Обычно структурно микропроцессор представляет собой одну или несколько больших интегральных схем (БИС), выполняющих функции арифметического логического устройства (АЛУ), устройства управления и синхронизации (УУ) и запоминающего устройства, хра­нящего информацию с помощью регистров. Она может состоять из отдельных блоков (секций), а может быть размещена на одном чипе (кристалле). Секционная структура позволяет увеличивать разрядность и емкость запоминающего устройства, однако при этом увеличивается количество блоков, что изменяет габариты, мощность и энергопотребление процессора. Однокристальный микропроцессор обладает постоянной разрядностью и выполняет набор команд, хранящихся в его памяти. Отличительной особенностью данного микропроцессора является наличие общей шины, по которой организуется прием, передача данных и осуществляется взаимодействие между внутренними блоками и устройствами. Таким образом, однокристальный микропроцессор позволяет обеспечить высокое быстродействие, обладая небольшой массой и габаритами, относительно малой потребляемой мощностью и стоимостью. Это обеспечивает однокристальному микропроцессору широкое использование и применение в микроЭВМ, контроллерах, программаторах, в устройствах автоматики, телемеханики и связи, вычислительной техники.

Персональный компьютер представляет собой сложное электронное устройство, предназначенное для выполнения широкого круга задач. Это могут быть различные вычисления, расчеты, прослушивание музыки, просмотр видео, различные офисные задачи, игры и многое другое.

Состав персонального компьютера

Персональный компьютер может быть стационарным или мобильным. К мобильным компьютерам относят ноутбуки, нетбуки и планшеты.

Стационарный компьютер также в последнее время претерпел изменения, но в большинстве случаев представляет собой системный блок, монитор, устройства ввода (клавиатура и мышь), аудиоустройства (колонки, наушники и микрофон), а также другие периферийные устройства (принтер, сканер и т.п.).

Для нормального функционирования персонального компьютера необходим лишь системный блок, монитор, клавиатура и мышь.

Так же необходима операционная система, в большинстве случаев используют Windows, но так же можно скачать Linux.
Далее мы рассмотрим подробнее каждое из этих устройств.

Системный блок

Блок питания

Блок питания выполнен в виде отдельного коробка, который расположен вверху сзади системного блока и имеет несколько кабелей питания всех элементов системного блока.


Материнская плата

Материнская плата является самой большой в системном блоке печатной платой, на которую устанавливаются все основные узлы компьютера (CPU, ОЗУ, видеокарта), также она имеет разъемы для подключения жесткого диска и дисководов, а также шлейфов портов USB и разъемы, выходящие на заднюю панель корпуса. Материнская плата выполняет согласование работы всех устройств компьютера.


Процессор

Процессор представляет собой микросхему, предназначенную для выполнения основных вычислительных операций. Процессоры выпускаются двумя фирмами AMD и Intel. В зависимости от производителя процессора отличается и разъем (место его установки), поэтому при выборе материнской платы следует это не забывать. Вы просто не вставите процессор AMD в материнскую плату для процессоров Intel.


Видеокарта

Видеокарта представляет собой отдельную печатную плату, установленную в разъем PCI Express материнской платы и предназначена для вывода изображения на экран монитора. Она обрабатывает полученную информацию и преобразует в аналоговый и цифровой видеосигнал, который через разъем по кабелю поступает на монитор. На видеокарте, как правило, установлен процессор (GPU) и оперативная видеопамять.


Оперативная память

Оперативная память представляет собой одну или несколько небольших плат, установленных в специальные разъемы на материнской плате (DDR). Оперативная память обеспечивает временное хранение промежуточных данных при работе компьютера. Оперативная память характеризуется скоростью доступа и объемом памяти. На сегодняшний день наиболее быстрая память имеет стандарт DDR3.


Жесткий диск

Жесткий диск является постоянным хранилищем данных, это могут быть как пользовательские данные, так и системные или временные. На жестком диске хранится операционная система, без которой нормальная работа компьютера будет невозможна. Также операционная система может использовать жесткий диск для сохранения содержимого оперативной памяти (например, в режиме гибернации). Представляет собой жесткий диск закрытый металлический параллелепипед, который через разъем (SATA) подключается к материнской плате.


Дисковод

Дисковод оптических дисков внешне напоминает жесткий диск, но имеет на передней панели выдвигающийся лоток для установки оптических дисков. Служит дисковод для чтения и записи оптических дисков.


На системной плате могут устанавливаться и другие дополнительные устройства, например модуль Wi-Fi или ТВ-тюнер.

Монитор

Монитор компьютера служит для графического представления информации, которая безусловно понятно пользователю ПК. В последнее время выпускаются исключительно жидкокристаллические дисплеи (ЖК). Мониторы могут быть оснащены цифровым и/или аналоговым видео разъемами (DVI, HDMI).


Клавиатура

Клавиатура является неотъемлемым устройством ввода любого компьютера. Клавиатура представляет собой группы клавиш для ввода символьной информации. Также многие современные клавиатуры оснащаются дополнительными клавишами, например, для управления медиаплеерами и различными программами.


Мышь предназначена для перемещения системного указателя по объектам операционной системы – окнам. Обычно мышь имеет две кнопки и колесо прокрутки. Технически мыши могут быть оптическими и лазерными. Последние имеют более высокую точность и качество работы.


Дополнительные периферийные устройства персонального компьютера выполняют роль помощников и предназначены для расширения возможностей персонального компьютера. Аудиоколонки (динамики) предназначены для воспроизведения звука, принтер – для получения бумажной копии любого электронного документа или изображения, сканер – позволяет создать электронный образ с бумажного носителя и т.д. К компьютеру можно подключить и другие периферийные специализированные и диагностические устройства, которые практически безгранично расширяют область его применения.

Персональный компьютер, несмотря на кажущуюся, на первый взгляд свою сложность достаточно прост в работе и требует лишь немного терпения и упорства пользователя в его изучении. Помните, что компьютер был создан для облегчения нашей с вами работы и повышения производительности труда, поэтому не стоит сомневаться в его способностях выполнить ту или иную задачу.

Структура типовой ЭВМ.

В общем случае структуру вычислительной машины можно представить в следующем виде:


АЛУ – предназначено для выполнения арифметических и логических преобразований над данными определенной длины.

Память - предназначена для хранения информации (данных и программ). Часто состоит из оперативной памяти и внешнего запоминающего устройства.

Как правило, данные, к которым может обращаться АЛУ находятся в ОП

ВЗУ – используется для долговременного хранения данных

Управляющее устройство - автоматически без участия человека управляет вычислительным процессом, посылая сигналы всем устройствам для реализации определенных действий (например, для выполнения определенной операции АЛУ).

УУ в своей работе руководствуется программой. Программа состоит из команд, каждая из которых, определяет какое либо действие и операнд. Программа в свою очередь основывается на алгоритме решения поставленной задачи.

Такой способ управления процессом решения задачи называется принципом программного управления.

Как правило, программы хранятся также в ОП наравне с данными. При этом перед выполнением программы собственно программа и данные должны быть помещены в ОП. Чаще всего это происходит через устройство ввода информации (клавиатура, диск). Команды выполняются в порядке следования в программе кроме команд перехода.

Устройства вывода служат для выдачи информации, результатов (например, на дисплей, принтер).

Пульт управления используется оператором для контроля хода выполнения программ и возможно для его прерывания (в ПЭВМ - отсутствует).

Решение задач с помощью ЭВМ представлено на рисунке:


Блок схема типовой ЭВМ.


Взаимосвязь аппаратных и программных средств ЭВМ.

Поскольку в основу принципа работы ЭВМ положен принцип программного управления, то это означает, что для решения задачи в ЭВМ используются средства двух видов: аппаратные и программные.


Структура системного программного обеспечения ЭВМ.

Операционная система - вычислительная и центральная часть ПО: управление вычислительным процессом, планирование работы, распределения ресурсов ЭВМ, автоматизация процессов подготовки программ и организация их выполнения, облегчение общения оператора с ЭВМ.

Пользователь не может напрямую общаться с аппаратными ресурсами. Эту задачу берет на себя ОС.

Программа технического обслуживания - для проверки оборудования, диагностики, тестирования.


Лекции


Лабораторные


Справочники


Эссе


Вопросы


Стандарты


Программы


Дипломные


Курсовые


Помогалки


Графические

Доступные файлы (1):

Общий состав персональных ЭВМ и вычислительных систеМ

2.1. Состав персонального компьютера

Персональный компьютер (ПК) – это единая система, представляющая собой набор сменных компонентов, соединенных между собой стандартными интерфейсами. Компонентом здесь выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы. Интерфейсом называют стандарт присоединения компонентов к системе. Это разъемы, наборы микросхем.

Полное описание набора и характеристик устройств, составляющих данный компьютер, называется конфигурацией ПК.


  • материнская плата;

  • устройство для чтения лазерных компакт-дисков (CD-ROM);

  • устройство для чтения и записи магнитных дискет;

  • магнитное устройство для чтения и записи большой емкости (более 1 Гбайта) – это жесткий диск (винчестер).

  • процессор;

  • оперативная память;

  • постоянная память;

  • кварцевый резонатор тактового генератора;

  • аккумулятор;

  • слоты расширения;

  • разъемы для подключения клавиатуры и блока питания;

  • системная и локальная шины;

  • дополнительные микросхемы.

  • печатающее устройство для вывода информации на бумажный носитель;

  • сканер для считывания информации с бумажного носителя.

  • телевизионный и УКВ тюнер для воспроизведения телевизионных и радио передач;

  • источник бесперебойного питания;

  • дисковод DVD;

  • модем;

  • сетевая карта.

2.2. Архитектура компьютера

2.2.1. Классическая архитектура ЭВМ и принципы фон Неймана

Исторически компьютер появился как машина для вычислений и назывался электронной вычислительной машиной – ЭВМ. Структура такого устройства была описана знаменитым математиком Джоном фон Нейманом в 1945 г. Фон Нейман выдвинул основополагающие прин-ципы логического устройства ЭВМ и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. На рис. 2.2 пунктирными линиями обозначены цепи сигналов управления (управляющие связи), одинарными – цепи передачи данных и адресов (информационные связи).

Основными блоками по Нейману являются устройства управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), оперативная память, внешняя память, устройства ввода и вывода. ВЗУ – внешнее запоминающее устройство отличается от других устройств ввода\вывода тем, что данные в него заносятся в виде, удобном компьютеру, но недоступном для непосредственного восприятия человеком. Так, накопитель на магнитных дисках относится к внешней памяти, а клавиатура – устройство ввода, дисплей и печать – устройства вывода.


Рис. 2.2. Структурная схема вычислительного устройства
Устройство управления и арифметико-логическое устройство в компьютерах объединены в один блок – процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств (выборка команд из памяти, кодирование и декодирование, выполнение арифметических и логических операций, согласование работы узлов компьютера).

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство или память, хранит данные, адреса и команды, обладает высокой скоростью записи и чтения чисел. Состоит из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ.

В построенной по описанной схеме ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в УУ. Его наличие также является одним из характерных признаков рассматриваемой архитектуры.

2.2.2. Совершенствование и развитие внутренней структуры ЭВМ

Такая классическая схема соответствовала компьютерам 1 и 2-го поколений; 3-е поколение ЭВМ характеризуется переходом от транзисторов к большим интегральным микросхемам (БИС). Значительные успехи в миниатюризации электронных схем не просто способствовали уменьшению размеров базовых функциональных узлов компьютера, но и создали предпосылки для существенного роста быстродействия компьютера.

Один из самых важных контроллеров – ПДП-контроллер (ПДП – прямой допуск к памяти) обеспечивает прямой доступ к оперативной памяти. При считывании информации с диска в память и наоборот процессор должен запустить системную шину, выбрать несколько байт информации, поместить в свою внутреннюю память, снова запустить шину и эту информацию поместить в устройство, обслуживающее диск. Процесс выполнения программ замедляется за счет потери времени на эти операции. ПДП-контроллер выполняет эти операции, не загружая процессор и системную шину. Выполнение программы и пересылка информации идут одновременно.

Наличие интеллектуальных контроллеров внешних устройств стало важной отличительной чертой машин 3-го и 4-го поколения.


  • шина данных, по которой передается информация;

  • шина адреса, определяющая, куда передаются данные;

  • шина управления, регулирующая процесс обмена информацией.

В центральный процессор кроме регистров общего назначения (РОН) добавлена кэш-память. Промежуточные результаты при выполнении арифметических и логических операций над данными сохраняются в РОН. Кэш-память используется для ускорения выполнения операций за счет запоминания на некоторое время полученных ранее данных, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. Введение в компьютер кэш-памяти позволяет сэкономить время, которое без нее тратилось на пересылку данных и команд из процессора в оперативную память и обратно. Кэш-память имеет большее быстродействие, чем оперативная память.

Принципиально новым в структуре современного компьютера и принципе его действия является понятие прерываний. Прерывание – это остановка работы ПК при возникновении определенного события. Прерывания появились в связи с переходом от математических вычислений, которые не зависят от внешних условий, к обработке информации в реальном масштабе времени. Компьютер должен реагировать на изменение внешних условий иногда немедленно, запоминая эти события или даже меняя алгоритм его обработки. Если в процессор извне поступает сигнал запроса на прерывание, которое обрабатывается всегда, выполнение текущей программы приостанавливается. В заранее определенной области ОЗУ сохраняются все промежуточные результаты и адрес останова в программе. Микропроцессор выполняет специальную программу обработки прерывания, в которой указано, что надо сделать в этом случае. После ее завершения восстанавливаются все промежуточные результаты, и микропроцессор продолжает выполнение текущей программы с запомненного ранее адреса.

В современных компьютерах возможна также параллельная работа нескольких процессоров. За счет распараллеливания выполнения одной задачи или параллельного выполнения многих задач достигается увеличение общей производительности компьютера. Для этого предусматривают цепи, связывающие между собой отдельные процессоры.

Персональный компьютер типа IBM PC, названный по имени американской компании, которая в 1981 г. впервые выпустила такие ПК (International Business Machines Personal Computer), стал стандартом персональных компьютеров.

2.2.3. Основной цикл работы компьютера

Важной составной частью фон-неймановской архитектуры является счетчик адреса команд. Этот специальный внутренний регистр процессора всегда указывает на ячейку памяти, в которой хранится следующая команда программы. При включении питания или при нажатии на кнопку сброса (начальной установки) в счетчик аппаратно заносится стартовый адрес находящейся в постоянном запоминающем устройстве программы инициализации всех устройств и начальной загрузки. Дальнейшее функционирование компьютера определяется программой. Вся деятельность компьютера – это непрерывное выполнение тех или иных программ, причем программы могут в свою очередь загружать новые программы и т.д.

Каждая программа состоит из отдельных машинных команд. Каждая машинная команда, в свою очередь, делится на ряд элементарных унифицированных составных частей, которые принято называть тактами. В зависимости от сложности команды она может быть реализована за разное число тактов. Например, пересылка информации из одного внутреннего регистра процессора в другой выполняется за несколько тактов, а для перемножения двух целых чисел их требуется на порядок больше.

Читайте также: