Архитектура персонального компьютера. Назначение основных узлов. Функциональные характеристики компьютера.
Аннотация
Часть 2. Архитектура персонального компьютера и вычислительных сетей
Раздел 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАТИКИ
В результате изучения данной части студент должен изучить технические средства реализации информационных процессов; информационно-логические основы построения персонального компьютера, его функционально-структурную организацию; основные функциональные устройства, их назначение и характеристики; принцип программного управления: работа блоков ЭВМ по заданной программе; основные внешние устройства ПК; тенденции развития средств вычислительной техники.
Компьютер - это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.
В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом:
1. Принцип программного управления - программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
2. Принцип однородности памяти - программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.
3. Принцип адресности - основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.
Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных.
Компьютеры, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру.
Архитектура компьютера определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера, к которым относятся:
- центральный процессор;
- основная память;
- внешняя память;
- периферийные устройства.
Конструктивно персональные компьютеры выполнены в виде центрального системного блока, к которому через специальные разъемы присоединяются другие устройства.
В состав системного блока входят все основные узлы компьютера:
- системная плата;
- блок питания;
- накопитель на жестком магнитном диске;
- накопитель на гибком магнитном диске;
- накопитель на оптическом диске;
- разъемы для дополнительных устройств.
Структурная схема персонального компьютера
 |
На системной (материнской) плате в свою очередь размещаются:
- микропроцессор;
- математический сопроцессор;
- генератор тактовых импульсов;
- микросхемы памяти;
- контроллеры внешних устройств;
- звуковая и видео карты;
- таймер.
Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный принцип обмена информацией. Все контроллеры устройств взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, называемую системной шиной. Системная шина выполняется в виде печатного мостика на материнской плате.
Системная шина является основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
- между микропроцессором и основной памятью;
- между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
- между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств.
Порты ввода-вывода всех устройств через соответствующие разъемы (слоты) подключаются к шине либо непосредственно, либо через специальные контроллеры (адаптеры).
Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками компьютера и состоит из оперативно- запоминающего устройства (ОЗУ) и постоянно запоминающего устройства (ПЗУ)
Внешняя память используется для долговременного хранения информации, которая может быть в дальнейшем использована для решения задач.
Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических символов, частота которых задает тактовую частоту компьютера. Промежуток времени между соседними импульсами определяет такт работы машины.
Источник питания - это блок, содержащий системы автономного и сетевого питания компьютера.
Таймер - это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие автоматический съем текущего момента времени. Таймер подключается к автономному источнику питания и при отключении компьютера от сети продолжает работать.
Внешние устройства компьютера обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими компьютерами.
Основными функциональными характеристиками персонального компьютера являются:
1) Производительность, быстродействие, тактовая частота.
Производительность современных ЭВМ измеряют обычно в миллионах операций в секунду.
2) Разрядностьмикропроцессора и кодовых шин интерфейса
Разрядность - это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.
3) Типы системного и локальных интерфейсов.
Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды.
4) Емкость оперативной памяти.
Емкость оперативной памяти измеряется обычно в Мбайтах. Многие современные прикладные программы с оперативной памятью, имеющей емкость меньше 16 Мбайт просто не работают либо работают, но очень медленно.
5) Емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера).
Емкость винчестера измеряется обычно в Гбайтах.
6) Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках
Сейчас применяются накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты диаметром 3,5 дюйма, имеющие стандартную емкость 1,44
7) Наличие, виды и емкость КЭШ-памяти
КЭШ-память - это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операции с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. Наличие КЭШ-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность персонального компьютера примерно на 20%.
8) Типвидеомонитора и видеоадаптера.
9) Наличие и тип принтера.
10) Наличие и тип накопителя на компакт дисках CD ROM.
11) Наличие и тип модема.
12) Наличие и виды мультимедийных аудио-видео средств.
13) Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.
14) Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ.
Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ означает возможность использования на компьютере, соответственно, тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.
15) Возможность работы в вычислительной сети.
16) Возможность работы в многозадачном режиме
Многозадачный режим позволяет выполнять вычисления одновременно по нескольким программам (многопрограммный режим) или для нескольких пользователей (многопользовательский режим).
17) Надежность
Надежность — это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции.
18) Стоимость.
19) Габариты и вес.