Файл: устройство персонального компьютера ( Общее устройство компьютера.).pdf
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 75
Скачиваний: 0
СОДЕРЖАНИЕ
2. Архитектура и структура компьютера.
3.1. Основные блоки, входящие в состав ПК
3.5.1 Накопители на гибких магнитных дисках
3.5.2 Накопители на жестких магнитных дисках.
3.5.3 Накопители на компакт-дисках.
3.5.4 Записывающие оптические и магнитооптические накопители
3.5.5 Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках
3.7 Устройства ввода-вывода данных
3.7.2 Устройства позиционного ввода (манипуляторы).
Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.
Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы).
Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами - побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.
К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем. К параллельному порту подсоединяют более "быстрые" устройства - принтер и сканер. Через игровой порт подсоединяется джойстик. Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы.
Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (MotherBoard). А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard - дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, называемых также слотами расширения (англ. slot - щель, паз). [2]
3.1. Основные блоки, входящие в состав ПК
Современный персональный компьютер состоит из нескольких основных конструктивных компонент:
- системного блока;
- монитора;
- клавиатуры;
- манипуляторов.
В системном блоке размещаются:
|
Рис. 6. Виды корпусов системного блока |
Корпус системного блока может иметь горизонтальную (DeskTop) или вертикальную (Tower - башня) компоновку.
Типичный системный блок со снятой крышкой корпуса представлен на рис. 7
Рис. 7. Системный блок со снятой крышкой корпуса |
1- Системная плата. |
Вместо термина "системный блок" иногда употребляют термин "платформа". [2]
3.2. Системная плата
Системная плата является основной в системном блоке. Она содержит компоненты, определяющие архитектуру компьютера:
- центральный процессор;
- постоянную (ROM) и оперативную (RAM) память, кэш-память;
- интерфейсные схемы шин;
- гнёзда расширения;
- обязательные системные средства ввода-вывода и др.
Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые называются чипсетами (ChipSets). Часто на системных платах устанавливают и контроллеры дисковых накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и др.
В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п.
Рис. 8. Системная плата компьютера класса Pentium |
1 - Разъём под центральный процессор; |
3.3. Процессор
Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) - это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. [2]
Центральный процессор (ЦП) или просто процессор — состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), Устройство управления (УУ) и
также набора регистров общего назначения (РОН), служащих для промежуточного хранения информации в процессе ее обработки.
Устройство управления (УУ) — важнейшая часть вычислительной машины, организующая автоматическое выполнение программ (путем реализации функций управления) и обеспечивающая функционирование ВМ как единой системы. Для пояснения функций УУ вычислительную машину следует рассматривать как совокупность элементов, между которыми происходит пересылка информации, в ходе которой эта информация может подвергаться определенным видам обработки.
АЛУ обеспечивает арифметическую и логическую обработку двух входных переменных (операндов), в итоге которой формируется выходная переменная (результат). Функции АЛУ обычно сводятся к простым арифметическим и логическим операциям, а также операциям сдвига. Помимо результата операции, АЛУ формирует ряд признаков результата (флагов), характеризующих полученный результат и события, произошедшие в ходе его получения (равенство нулю, знак, четность, перенос, переполнение и т. д.). Флаги могут анализироваться в УУ с целью
принятия решения о дальнейшем порядке следования команд программы. [3]
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему - тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.
Вот как выглядит микропроцессор Pentium III (рис. 9):
Рис. 9. Микропроцессор Pentium III
В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными.
Функции процессора:
- обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
- программное управление работой устройств компьютера. [2]
3.4. Память компьютера.
Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов - битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом.
Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова - два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово).
Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда. Однако, допускаются переменные форматы представления информации.
Разбиение памяти на слова для четырехбайтовых компьютеров представлено в таблице:
Байт 0 |
Байт 1 |
Байт 2 |
Байт 3 |
Байт 4 |
Байт 5 |
Байт 6 |
Байт 7 |
ПОЛУСЛОВО |
ПОЛУСЛОВО |
ПОЛУСЛОВО |
ПОЛУСЛОВО |
||||
СЛОВО |
СЛОВО |
||||||
ДВОЙНОЕ СЛОВО |
Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт.
Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации.
Различают два основных вида памяти - внутреннюю и внешнюю.
Функции памяти:
- приём информации из других устройств;
- запоминание информации;
- выдача информации по запросу в другие устройства машины. [2]
Организация внутренней памяти
В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.
3.4.1 Оперативная память
Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory - память с произвольным доступом) - это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. [2]
Организация оперативной памяти.
Запоминающие устройства (ЗУ), именуемые также устройствами памяти, предназначены для хранения данных. Основными характеристиками ЗУ являются:
• емкость памяти, измеряемая в битах либо байтах;
• методы доступа к данным;
• быстродействие (время обращения к устройству).
От количества оперативной памяти напрямую зависит скорость системы.
Адресация данных.
Команды, исполняемые ЭВМ при выполнении программы, равно как и числовые и символьные операнды; хранятся в памяти компьютера. Память состоит из миллионов ячеек, в каждой из которых содержится один бит информации (значения 0 или 1). Биты редко обрабатываются поодиночке, а, как правило, группами фиксированного размера. Для этого память организуется таким образом, что группы по п бит могут записываться и считываться за одну операцию. Группа п бит называется словом, а значение п — длиной слова. Схематически память компьютера можно представить в виде массива слов.
Основная память соединяется с процессором посредством адресной шины и шины данных. Каждая шина состоит из совокупности электрических цепей (линий или бит). Ширина (разрядность) адресной шины определяет, сколько адресов может быть в ОП (адресное пространство), а шины данных - сколько данных может быть передано за один цикл.
Байтовая адресация.
Отдельные биты, как правило, не адресуются и чаще всего адреса назначаются байтам памяти. Память, в которой каждый байт имеет отдельный адрес, называется памятью с байтовой адресацией. Последовательные байты имеют адреса 0, 1, 2 и т. д. Таким образом, при использовании слов длиной 32 бита последовательные слова имеют адреса 1, 4, 8, ..., и каждое слово состоит из 4 байт.
Адресное пространство.
Для доступа к памяти необходимы имена или адреса, определяющие расположение данных в памяти. В качестве адресов традиционно используются числа из диапазона от 0 до 2* - 1 со значением к, достаточным для адресации всей памяти компьютера. Все 2* адресов составляют адресное пространство компьютера. Следовательно, память состоит из 2* адресуемых элементов.
Иерархическая организация памяти
Компромиссом между производительностью и объемами памяти является решение использовать иерархию запоминающих устройств, т. е. применять иерархическую модель памяти.
Применение иерархических систем памяти оправдывает себя вследствие двух важных факторов — принципа локальности обращений и низкого (экономически выгодного) соотношения стоимость/производительность. Принцип локальности обращений состоит в том, что большинство программ обычно не выполняют обращений ко всем своим командам и данным равновероятно, а в каждый момент времени оказывают предпочтение некоторой части своего адресного пространства.
Иерархия памяти обычно состоит из многих уровней, но в каждый момент времени взаимодействуют только два близлежащих уровня. Минимальная единица информации, которая может присутствовать либо отсутствовать в двухуровневой иерархии, называется блоком или строкой. [4]
3.4.2 Кэш-память
Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память - очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.
Кэш-памятью управляет специальное устройство - контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования. [2]