Раздел 2. ОБЩИЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ, ИХ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Тема 2.1. Архитектура персонального компьютера

2.1.1. Состав персонального компьютера

Типовой ПК состоит из следующих устройств.
I. МОНИТОР (Monitor, Display) служит устройством отображения визуальной информации. Пользователь получает представление о текущем состоянии компьютера именно через монитор. Монитор относят к устройствам вывода информации.
II. КЛАВИАТУРА (Keyboard, KB) предназначена для ввода данных, управления компьютером и выполнения некоторых служебных операций.
III. МЫШЬ (Mouse) - манипулятор мышь – является устройством управления активными элементами графического интерфейса пользователя. Параметрами мыши являются: тип механизма, интерфейс связи с компьютером, точность позиционирования, количество элементов управления (кнопок, колесиков).
IV. СИСТЕМНЫЙ БЛОК, в состав которого входят:


Рис. 2.1.2. Системная плата

Рис. 2.1.5. Планшетный сканер EPSON семейства Perfection

2.1.2. Структура персонального компьютера

Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью его свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям ЭВМ. Подавляющие большинство моделей ПК имеют модульную архитектуру. При этом под модулем понимается стандартный компонент с обслуживающими его интерфейсами. Модули (компоненты) одной категории взаимозаменяемы друг с другом, если они используют одинаковый интерфейс. Понятие интерфейса включает физические линии связи (шину), сигнальные протоколы и драйверы устройств. На бытовом уровне термин интерфейс часто подменяют термином шина.
Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в него компонентов.
Рассмотрим состав и назначение основных блоков ПК.
Микропроцессор (МП) (рис. 2.1.6) - это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.


Рис. 2.1.6. Микропроцессоры AMD
В состав микропроцессора входят следующие устройства (рис. 2.1.7).

Рис. 2.1.7. Структурная схема ЭВМ

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 микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).
Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что, чаще через дополнительную микросхему – контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.
Основная память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройства (ОЗУ).
ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся информацию.
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 ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).
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. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках, накопители на оптических дисках.
Назначение этих накопителей – хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. Различ-ются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи считывания информации. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры), накопители на оптических дисках (CD-ROM-Compact Disk Read Only Memory – компакт-диск с памятью, только читаемой) и др.
Источник питания - это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК.
Таймер - внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени. Таймер подключается к автономному источнику питания – аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.
Внешние устройства обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления, другими ЭВМ. Внешние устройства можно классифицировать (по назначению) следующим образом: - внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК; - устройства ввода информации (клавиатура, мышь, трекбол, трекпойнт, сканер и др.); - устройства вывода информации (видеомонитор, принтер, плоттер); - средства связи и телекоммуникации (например, сетевой адаптер является внешним интерфейсом ПК и служит для подключения его к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети).

Клавиатура – важнейшее для пользователя устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ПК.

    Все клавиши можно разбить на следующие группы.
  1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КЛАВИШИ (от F1 до F12) предназначены для различных специальных действий.
  2. АЛФАВИТНО-ЦИФРОВЫЕ И ПРОБЕЛ предназначены для ввода текста и чисел.
  3. КЛАВИШИ УПРАВЛЕНИЯ КУРСОРОМ - СТРЕЛКИ перемещают курсор на 1 позицию в указанном направлении.
  4. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЦИФРОВАЯ КЛАВИАТУРА служит для эффективного ввода числовой информации. При включенном индикаторе Num Lock на дополнительной цифровой клавиатуре можно получить цифры от 0 до 9 и точку (запятую), при выключенном индикаторе на дополнительной клавиатуре можно получить назначение клавиши из нижнего регистра.
  5. КЛАВИШИ РЕДАКТИРОВАНИЯ, к которым можно отнести:
  6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ КЛАВИШИ.
Часть устройств ПК условно выделена в специальную группу – средства мультимедиа – это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.

2.1.3.Общий принцип работы ЭВМ

Основной функцией системной шины является передача информации между процессором и остальными устройствами. Системная шина состоит из трех шин:
- шины управления;
- шины данных;
- шины адреса.
По этим шинам циркулируют управляющие сигналы, данные (числа, символы), адреса ячеек памяти и номера устройств ввода-вывода.
Работа процессора происходит под управлением программы. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические и логические операции над данными. Промежуточные результаты сохраняются в регистрах общего назначения (РОН). КЭШ-память служит для повышения быстродействия процессора путем уменьшения времени его непроизводительного простоя. Устройство управления (УУ) отвечает за порядок выполнения команд, из которых состоит программа.
Принцип функционирования ЭВМ заключается в следующем (рис. 2.1.8).
Из процессора на шину адреса выдается адрес очередной команды. Считанная по этому адресу команда (например, из ПЗУ), поступает по шине данных в процессор, где она выполняется с помощью АЛУ. УУ процессора определяет адрес следующей команды (точнее, фактический номер очередной ячейки памяти, где находится очередная команда). После выполнения процессором текущей команды, на шину адреса выводиться адрес ячейки памяти, где храниться следующая команда и т. д.
Сигналы, передаваемые по управляющей шине, синхронизируют работу процессора, памяти, устройств ввода и вывода информации. Порядок выбора адресов из памяти (и очередности выполнения команд) определяет программа, находящаяся, чаще всего, в ОЗУ.


Рис. 2.1.8. Принципиальная схема ЭВМ

Выполнение основной программы иногда может приостанавливаться с целью выполнения какого-то другого срочного задания, например, передачи данных на принтер. Такой режим работы, когда временно приостанавливается выполнение основной программы и происходит обслуживание запроса, называется прерыванием. По завершении обслуживания прерывания, процессор возвращается к выполнению временно отложенной программы.
Запросы на прерывание могут возникать из-за сбоев аппаратуры, переполнения разрядной сетки, деления на ноль и т. п. Обслуживание прерывания осуществляется с помощью специальных программ обработки прерываний.
Очевидно, что конструкция современной ЭВМ намного сложнее рассмотренной конструкции. На структурной схеме не изображен тактовый генератор (который подключен к процессору), адаптеры, контроллеры, включенные между системной шиной и каждым устройством ввода-вывода, и другие блоки. Однако выбранный уровень детализации позволяет легче понять общий принцип работы ЭВМ.

2.1.4. Программное обеспечение ЭВМ

Вычислительная система – это совокупность аппаратных и программных средств ЭВМ, взаимодействующих для решения задач обработки информации. Вычислительной системой является персональный компьютер с установленным на нем программным обеспечением.

Программное обеспечение (ПО) – это совокупность входящих в состав вычислительной системы программных средств, т. е. программ, данных и документов к ним. ПО обеспечивает эффективную работу ЭВМ и предоставляет пользователю определенные виды обслуживания. Различают системное программное обеспечение, которое является необходимым дополнением аппаратных средств, прикладное программное обеспечение, которое определяется потребностями пользователей, и инструментарий технологии программирования, обеспечивающий автоматизированную разработку и выполнение программ на данном языке.

Системное программное обеспечение – совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ.
Операционная система – это основная часть системного программного обеспечения, которая предназначена для управления выполнением пользовательских программ и управления вычислительными ресурсами ЭВМ, например. MS DOS, WINDOWS, Linux, OS/2.

2.1.5. Операционная система: назначение, основные понятия

Операционная система предназначена для управления выполнением пользовательских программ, планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ.
В секторе программного обеспечения и операционных систем ведущее положение занимают фирмы IBM, Microsoft, UNISYS, Novell. Доход от продаж операционных систем в среднем превышает 20 млрд. дол. в год. Рассмотрим наиболее распространенные типы операционных систем.

Операционная система MS DOS (фирма Microsoft) появилась в 1981 г. В настоящее время существуют версии 6.22 и 7.0 (в составе Windows 95), а также ее разновидности других фирм-разработчиков (DR DOS, PC DOS). Начиная с 1996 г. MS DOS распространяется в виде Windows 95 - 32-разрядной многозадачной и многопоточной операционной системы с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями.
Операционная система OS/2 разработана фирмой IBM для персональных компьютеров на основе системной прикладной архитектуры, ранее используемой для больших ЭВМ. Это многозадачная, однопользовательская, высоконадежная операционная система, обеспечивающая как текстовый, так и графический интерфейс пользователя.
Перспективной является многопользовательская и многозадачная операционная система Unix, созданная корпорацией Bell Laboratory. Данная операционная система реализует принцип открытых систем и широкие возможности по комплексированию в составе одной вычислительной системы разнородных технических и программных средств. Unix обладает наиболее важными качествами, такими, как:
- переносимость прикладных программ с одного компьютера на другой;
- поддержка распределенной обработки данных в сети ЭВМ;
- сочетаемость с процессорами RISC.

Вопросы для повторения

1. Какие устройства образуют типовой компьютер?
2. Для чего предназначены мониторы?
3. Для чего предназначена клавиатура?
4. Что такое «мышь»?
5. Какие устройства входят в состав системного блока?
6. Дайте характеристику внешней памяти.
7. Дайте характеристику жесткого диска.
8. Для чего предназначен дисковод лазерных дисков?
9. Для чего предназначен дисковод гибких магнитных дисков?
10. Какие виды памяти образуют основную память?
11. Для чего предназначена оперативная память?
12. Каковы преимущества и недостатки оперативной памяти?
13. Для чего предназначена постоянная память?
14. Что такое процессор?
15. Какие устройства входят в состав процессора?
16. Каковы функции арифметико-логического устройства?
17. Каковы функции устройства управления?
18. Каковы функции КЭШ-памяти?
19. Что представляет собой интерфейсная система микропроцессора?
20. Для чего предназначен генератор тактовых импульсов?
21. Что такое системная шина?
22. Что такое мультимедиа?
23. Какова логическая структура магнитного диска?
24. Что такое сектор?
25. Что представляет собой кластер?
26. В чем заключается общий принцип работы ЭВМ?
27. Для чего предназначена операционная система?

Hosted by uCoz