Учебное пособие: Предмет и содержание кибернетики
Лекция №5. Функциональная организация компьютера
На сегодняшний день обществом используется очень большое количество вычислительных машин. ЭВМ, компьютер, вычислитель – это совокупность технических устройств и программных продуктов, предназначенных для выполнения различного рода логических, арифметических и аналитических задач.
Любая ЭВМ должна обладать следующими характеристиками:
- комплектация всех составляющих аппаратных ресурсов, необходимых для решения требуемых задач;
- наличие устройства ввода и вывода информации;
- высокая совместимость с другими устройствами приема и передачи информации;
ЭВМ – это взаимодействующая совокупность аппаратных и программных средств.
Конструктивно ПК минимальной конфигурации должен состоять из 3-х компонентов: системного блока – устройства содержащего в своей структуре все основные технические компоненты ПК, дисплея и клавиатуры.
Внутренняя структура представляет собой набор устройств, в которые входят системная плата (материнская), отсеки для устройств внешней памяти и блок питания.
Материнская плата – это пластина, выполненная из диэлектрического материала, на которой размещены: микропроцессор, модуль BIOS, модули ОЗУ и ПЗУ, системная шина, гнезда увеличения ресурсов, адаптеры клавиатуры, НЖМД, НГМД, СD-ROM, модули КЕШ-памяти, контроллеры прерываний, таймер и др.
Прерывание – временная остановка выполнения одной программы в целях выполнения другой в данный момент более важной (приоритетной) программы.
Основным показателем материнской платы является степень ее интеграции – максимальное количество элементов, используемое при разработке платы.
Как известно, процессор является основным вычислительным блоком компьютера. Микропроцессор (МП) появился во второй половине ХХ века. Его работой управляют электрические импульсы: наличие импульса соответствует единице, отсутствие импульса – нулю. МП предназначен для обработки сигналов в двоичном коде и представляет собой целую сверхминиатюрную цифровую вычислительную машину, помещенную на одном кремниевом кристалле. Между собой МП различаются разрядностью и тактовой частотой. Разрядность – это количество бит, воспринимаемых МП как единое целое 4,8,16,32,64 (целые степени числа 2). От разрядности зависят производительность ПК и максимальный объем его внутренней памяти. В компьютере имеется генератор тактовых импульсов, служащих метками времени для синхронизации работы всех устройств. Тактовая частота, измеряется в МГц и определяет производительность (быстродействие) ПК.
В состав МП входят:
· Устройство управления (УУ) – координирует работу всех блоков ПК, вырабатывая в определенные моменты нужные сигналы управления.
· Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет арифметические и логические операции над числами и символами.
· Микропроцессорная память (МПП) – служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы ПК. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия. Регистры – это быстродействующие ячейки памяти различной длины.
· Математический сопроцессор служит для ускоренного выполнения операций над числами с плавающей запятой, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических функций.
· Интерфейсная система МП реализует сопряжение и связь с другими устройствами и включает в себя:
1. внутренний интерфейс МП;
2. буферные запоминающие регистры;
3. схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной.
Системная шина – это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
1. между микропроцессором и основной памятью;
2. между микропроцессорами и портами ввода-вывода вешних устройств;
3. между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (режим прямого доступа к памяти).
Вся информация хранится в памяти компьютера – запоминающем устройстве, предназначенном для хранения исходной, промежуточной и конечной информации, а также программ по ее обработке.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – служит для хранения неизменяемой (постоянной) информации, позволяет только считывать информацию. ПЗУ является основным и энергонезависимым, т.е. при отключении питания информация в ней сохраняется.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – служит для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных) в процессе ее обработки. ОЗУ – энергозависимая память, т.е. при отключении питания информация в ней теряется. Основу ОЗУ составляют большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). Конструктивно ОЗУ выполнено в виде отдельных микросхем, расположенных на материнской плате ПК. Объем ОЗУ в современных ПК составляет 128 Мбайт и выше. Имеется возможность наращивания ОЗУ.
В ПК имеется также регистровая КЭШ-память. Это высокоскоростная память сравнительно большой емкости является буфером между ОП и МП. Использование КЭШ – памяти позволяет увеличить скорость выполнения операций. Регистры КЭШ-памяти недоступны для пользователя, отсюда и название КЭШ («тайник» в переводе с английского).
В КЭШ-памяти хранятся данные, которые будут использоваться в ближайшее время. МП, начиная с 486 и выше, имеют встроенную КЭШ-память. Может использоваться дополнительная КЭШ-память, размещаемая на материнской плате вне МП, емкость которой может достигать нескольких десятков мегабайт.
Внешняя память или внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) используется для долговременного хранения любой информации, которая может потребоваться когда-либо для решения задач, отдельно от компьютера.
К внешним запоминающим устройствам (ВЗУ) относятся магнитные диски предназначенные для записи, хранения и считывания информации.
Магнитные диски (МД) относятся к магнитным носителям информации. В качестве запоминающей среды у них используются магнитные материалы со специальными свойствами (прямоугольной петлей гистерезиса), позволяющих фиксировать два магнитных состояния – два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие две двоичные цифры: 0 и 1. Диски бывают жесткими (накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) – винчестер) и гибкими (накопитель на гибком магнитном диске (НГМД) – дискеты). Устройство для чтения и записи информации на магнитном диске называется дисководом.
Информация на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей – дорожек (треков)
Каждая дорожка МД разбита на сектора. Водном секторе обычно 512 байт данных. Обмен данными между ОП и НМД осуществляется последовательно целым числом секторов. Кластер – это минимальная единица размещения информации на диске, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки.
При записи и чтении МД вращается вокруг своей оси, а механизм управления магнитной головкой подволит ее к выбранной дорожке.
Данные на диске храняися в файлах.
Файл – это именованная область внешней памяти, выделенная для хранения массива данных.
Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) представляют собой один или несколько жестких дисков из алюминиевых сплавов, покрытых ферролаком, которые вместе с блоком магнитных головок считывания / записи помещены вгерметически закрытый корпус. Емкость НЖМД составляет несколько десятков гигабайт.
Накопители на оптических дисках (НОД) бывают не перезаписываемые и перезаписываемые.
Не перезаписываемые диски обычно называются компакт-дисками (CD ROM). Эти диски поставляются фирмой-изготовителем с уже записанной на них информацией. Запись выполняется лазерным лучом большой мощности, который оставляет на активном слое CD-след – дорожку с микроскопическими впадинками. Появились перезаписываемые лазерно-оптические диски с однократной записью.
Накопители на магнитной ленте (НМЛ) были первыми ВЗУ вычислительных машин. В универсальных ЭВМ широко использовались и используются накопители на бобинной магнитной ленте, а в ПК – накопители на кассетной МЛ. Кассеты с МЛ называются картриджами. Лентопротяжные механизмы называются стриммерами. НМЛ имеют небольшую скорость считывания при большой емкости. Используются для резервного копирования и архивирования информации с жестких дисков, для хранения игр и т.д.
Лекция №6. Внешние (периферийные) устройства и классификации компьютера
Внешние устройства (ВУ) – важнейшая часть любого вычислительного комплекса. Стоимость внешних устройств иногда составляет 50–80% и даже больше стоимости всего ПК. ВУ обеспечивают взаимодействие ПК с внешней средой.
ВЗУ, рассмотренные выше, принято относить к ВУ.
Диалоговые средства пользователя это:
· Видеомониторы (дисплеи)
· Устройства речевого ввода-вывода.
Наибольшее распространение получили мониторы на ЭЛТ. Главным параметром любого монитора является размер диагонали экрана, который принято измерять в дюймах. Дисплеи на ЭЛТ применительно к портативным компьютерам, рынок которых неумолимо растет, имеют два принципиальных неустранимых недостатка – большие габариты и потребляемую мощность.
Дисплеи на жидкокристаллических панелях (ЖК) основаны на изменении оптической поляризации отраженного или проходящего света под действием электрического поля. Достоинствами ЖК-дисплеев являются: радикальное уменьшение размеров и веса, низкое потребление энергии, плоский экран, высокая четкость изображения. ЖК-дисплеи имеют ряд недостатков, обусловленных их природой: низкую контрастность, зависимость качества изображения от угла наблюдения инерционность ячеек. Из-за высокой цены, особенно цветных матриц, эти дисплеи применяются, как правило, лишь в блокнотных ПК, где составляют существенную долю стоимости.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
