Персональные компьютеры

Персональные компьютеры, более чем какой-либо другой вид ЭВМ, способствуют переходу к новым компьютерным информационным технологиям, которым свойственны:              

                   дружественный информационный, программный и технический интерфейс с пользователем;

                   выполнение информационных процессов в режиме диалога с пользователем;

                   сквозная информационная поддержка всех процессов на основе интегрированных баз данных;

                   так называемая «безбумажная технология».

Компьютер - это многофункциональное электронное устройство для накопления, обработки и передачи информации.

Под архитектурой компьютера понимается его логическая  организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени.

В основу построения большинства ЭВМ положены принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом:

1. Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности).

2. Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными).

3. Принцип адресности (основная память структурно состоит из нумерованных  ячеек).

ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру (архитектуру фон Неймана).

Архитектура ПК определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера:              

                   центрального процессора;

                   основной памяти;

                   внешней памяти;

                   периферийных устройств.

1) Микропроцессор (МП) - центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Микропроцессор выполняет следующие функции:

       чтение и дешифрацию команд из основной памяти (ОП);

       чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);

       прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

       обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;

       выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

В состав микропроцессора входят следующие устройства:

- Устройство управления (УУ)

формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;

формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ;

получает от генератора тактовых импульсов опорную последовательность импульсов.

- Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

- Микропроцессорная память (МПП) предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно в ближайшие такты работы машины используемой в вычислениях.

МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, т.к. основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

Регистры - быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие).

Регистры выполняют две функции:

кратковременное хранение числа или команды;

выполнение над ними некоторых операци.

Регистр отличается от ячейки памяти тем, что может не только хранить двоичный код, но и преобразовывает его.

Основным элементом регистра является триггер - электронная схема, которая хранит один бит информации.

Триггер - имеет два устойчивых состояния, которые соответствуют логической "1" и логическому "0".

Регистр - совокупность триггеров, связанных друг с другом общей системой управления.

Важнейшие регистры:

- счетчик команд - регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;

- регистр команд - регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода выполняемой операции, остальные для хранения кодов адресов операндов.

Команда - это элементарная операция, которую должна выполнить ЭВМ.

Разрядность МП 16 - 32 - 64 - 128 - это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция.

Чем больше разрядность, тем будет больше и производительность ПК при прочих равных условиях.

- Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами ПК.

Интерфейс (interface) - совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.

Интерфейсная система микропроцессора включает в себя:

внутренний интерфейс МП,

буферные запоминающие регистры,

схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной.

Порт ввода-вывода (I/O port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство.

Одной из характеристик микропроцессоров является тактовая частота.

Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов. Главный его элемент использует кристалл кварца, который обладает стабильностью резонансной частоты.

Частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.

Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины, или просто, такт работы машины.

Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Тактовая частота - указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду.

Измеряется в МГц : 100-266-366-400-500-750-1Г МГц

2) Основная память

Основная память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с другими устройствами компьютера.

Функции памяти:   

• приём информации от других устройств;

• запоминание информации;

• выдача информации по запросу в другие устройства машины.

ОП содержит два вида запоминающих устройств:

-   ПЗУ – постоянное запоминающее устройство (ROM — Read Only Memory – память только для чтения);

-  ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (RAM — Random Access Memory – память с произвольным доступом).

В ПЗУ данные занесены при изготовлении.

ПЗУ предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации (BIOS – Basic Input-Output System – базовая система ввода-вывода).

ПЗУ позволяет оперативно только считывать информацию, хранящуюся в нем (изменить информацию в ПЗУ нельзя).

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени.

Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к памяти).

В качестве недостатка оперативной памяти следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

Емкость ОЗУ: 640 Кб – 1 Мб - 2 Мб - 4 Мб - 8 Мб -16 Мб - 32 Мб - 64Мб – 128Мб – 256Мб – 512Мб.

3) Внешняя память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач.

В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера.

Устройства внешней памяти, или, иначе, внешние запоминающие устройства (ВЗУ), весьма разнообразны.

Их можно классифицировать по целому ряду признаков:

-          по виду носителя,

-          по типу конструкции,

-          по принципу записи и считывания информации,

-          по методу доступа и т. д.  

Носитель — материальный объект, способный хранить информацию.

Один из возможных вариантов классификации ВЗУ приведен на схеме:

Классификация ВЗУ

4)  Внешние устройства ПК  (периферийные устройства) – важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса.

Достаточно сказать, что по стоимости ВУ составляют до 80—85% стоимости всего ПК.

Внешние устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими ПК.

Внешние устройства подключаются к системному блоку компьютера через специальные разъемы на задней стенке компьютера – порты ввода-вывода.

Порты ввода-вывода соединяется с контроллерами портов ввода-вывода, установленными на материнской плате.

Порты ввода-вывода бывают следующих типов:

-  параллельные (обозначаемее LPT1 – LPT4) – обычно используются для подключения принтеров;

-  последовательные (обозначаемее COM1 – COM4) – обычно к ним подключаются мышь, модем, и др. устройства ;

-  игровой порт – к его разъему подключается джойстик.

К внешним устройствам относятся:

• внешние запоминающие устройства или внешняя память ПК (НГМД, НЖМД, CD ROM);

• устройства ввода информации;

• устройства вывода информации;

• диалоговые средства пользователя;

• средства связи и телекоммуникации.

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе — средствам мультимедиа.