Структура персонального компьютера, его функциональные характеристики. Принцип программного управления

Общие сведения об ЭВМ. Этапы развития вычислительной техники

Технические и программные средства реализации информационных процессов.

С древнейших времен человек конструирует себе в помощь различные приспособления для облегчения вычислений. В истории развития вт можно выделить 4 основных периода:

· Домеханический (до середины 17 в) – в 5 веке греки и египтяне использовали абак - устройство, похожее на русские счеты, а китайцы – китайские счеты суан-па.

· Механический (17-19 в) – в 1642 г. Известный математик, физик, философ блез паскаль изобрел и изготовил механическое устройство-вычислитель, позволяющее складывать числа; в 1673 г. Немецкий математик лейбниц изобрел арифметическую машину, выполняющую все 4 действия; в 1821 г. Конструктор чарльз томас усовершенствовал и наладил серийный выпуск устройства, изобретенного лейбницем, и назвал его арифмометром (он перемножал 2 восьмизначных числа за 8 секунд); в 1823 г. Английский математик чарльз бэббидж изобрел первую программируемую вычислительную машину, содержащую все основные компоненты современных машин. Эту машину назвали аналитической машиной. Но проект опережал технические возможности своего времени и не был реализован. Однако первые программы для этой машины были созданы. Их составила первая женщина-программист дочь джона байрона герцогиня ада лавлейс (в ее честь назван язык ада). Лишь в 40-х годах 20 века удалось создать такую машину на основе электромеханических реле.

· Электромеханический (19-середина 20 в) – в конце 30-х годов 20 века американцы джон атанасов и к. Берри построили эвм, включавшую в себя электронную память и электронное устройство сложения и вычитания, а также ряд механических компонент.

· Электронный (середина 20 в – наши дни) – в 1946 г. В сша была создана первая полностью электронная вычислительная машина «эниак», разработанная джоном фон нейманом; в 1949 г. Подобная машина появилась в англии под руководством уилкса (кембридж) и называлась edsac; в 1950 г. Была создана в киеве мэсм (малая электронная счетная машина), а в 1952 г. В москве – бэсм (быстродействующая электронная счетная машина); в 1969 г. Американская фирма ibm представила публике первую персональную эвм.

рассмотрим техническое устройство пк. Под архитектурой эвм понимают описание устройства и принципов работы компьютера, достаточное для пользователя и программиста. Архитектура не включает в себя конструктивные подробности устройства машины, электронные схемы.

рассмотрим схему устройства компьютера.

Устройство ввода		Внутренняя Память		Внешняя Память
устройство вывода
Средства связи компьютера с внешним миром		Средства долговременного хранения информации
Процессор
Средства хранения оперативной информации и ее обработки

компьютер – это программно-управляемое автоматическое устройство для выполнения любых видов работы с информацией. В состав компьютера входят: процессор, память, устройства ввода, устройства вывода.

у компьютера имеется внутренняя и внешняя память. Внутренняя – оперативная память. Внешняя – долговременная память – используется для длительного хранения информации.

работа компьютера управляется программой, которая во время своего выполнения находится во внутренней памяти.

основной деталью персонального компьютера является микропроцессор. Это миниатюрная электронная схема, созданная путем сложной технологии, выполняющая функцию процессора эвм. Под архитектурой процессора понимается его программная модель, то есть программно-видимые свойства.

Программная модель процессора - это функциональная модель, используемая программистом при разработке программ в кодах эвм или на языке ассемблера. В такой модели игнорируются многие аппаратные особенности в работе процессора.

Под микро архитектурой понимается аппаратная реализация этой программной модели. Для одной и той же архитектуры разными фирмами и в разных поколениях применяются существенно различающиеся микро архитектурные реализации, при этом, естественно, стремятся к максимальному повышению производительности (скорости исполнения программ).

В состав микропроцессора (мп) входят арифметико-логическое устройство (алу); устройство управления (уу) и группа регистров.

Арифметико-логическое устройство (алу)-часть микро­процессора, которая осуществляет арифметические и логические операции.

Алу обеспечивает выполнение основных операций по обработке информации. Основу алу составляет сумматор с последовательно-параллельным переносом.

Сумматор - электрическая схема, используемая для сложения двоичных чисел. Сложение, вычитание, умножение и деление – элементарные операции, выполняемые алу эвм. Полный набор таких операций называют системой команд, а схемы их реализации составляют основу алу. Помимо арифметического устройства, алу включает и логическое устройство, предназначенное для операций, при осуществлении которых отсутствует перенос из разряда в разряд. Иногда эти операции называют «логическое и» «и логическое или».

устройство управления (уу) - формирует и подает во все блоки процессора в нужные моменты времени определенные сигналы управления, обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки эвм.

Устройство управления содержит регистр команд, дешифратор команд и управляющее устройство, в состав которого входит управляющая память. Управляющая память содержит микропрограммы всех команд для данного мп.

персональный пк представляет собой комплект устройств. Главным в этом комплекте является системный блок. В нем находятся мозг машины: центральный процессор и внутренняя память. Там же помещаются: блок электропитания, дисководы, контроллеры внешних устройств. Основным в системном блоке является материнская плата – связующее звено, связующий центр всех остальных узлов компьютера. На ней находятся две основные микросхемы, называемые чип сетом, определяющим тип используемого процессора, разъемы для установки центрального процессора, плата расширения и все контроллеры, отвечающие за ввод, вывод и связь компонентов системы. Системный блок обычно снабжен внутренним вентилятором для охлаждения.

весь системный блок помещен в металлический корпус, на поверхности которого имеются: клавиша включения электропитания, щели для установки дискет в дисковые устройства, разъемы для подключения внешних устройств.

кроме системного блока в обязательный, минимальный комплект пк входят клавиатура, мышь и монитор. Дополнительно к этому минимальному комплекту могут быть подключены: принтер, джойстик, модем, сканер.

все устройства пк, кроме процессора и внутренней памяти, называются внешними устройствами. Каждое внешнее устройство взаимодействует с процессором пк через специальный блок, который называется контроллером. Существует контроллер дисковода, контроллер монитора, контроллер принтера. Задача контроллера – преобразование информации, поступающей от процессора, в соответствующие сигналы, управляющие работой устройства. Интересен принцип, по которому организована связь между процессором, оперативной памятью и внешними устройствами (принцип шинной организации). Он похож на принцип телефонной связи, и представляет собой так называемую магистраль, или шину. Так же как и абонент телефонной сети имеет свой номер, каждое из подключаемых устройств аналогично получает номер, выполняющий роль адреса данного устройства.

главными характеристиками персонального компьютера является тактовая частота и разрядность процессора, объем внутренней памяти. Режим работы процессора задается микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (в самых современных пк в гигагерцах). Частота в 1 мегагерц соответствует миллиону тактов в секунду. Разрядностью процессора называют максимальную длину двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком. Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти, которые находятся в самом процессоре. Они называются регистрами.

одной из основных причин успеха ibm pc является так называемый принцип открытой архитектуры, примененный к конструкции этих машин. Он предусматривает возможность дополнения имеющихся аппаратных средств новыми компонентами без замены старых. Можно заменять старые компоненты старыми без замены всего пк, можно собирать пк по отдельным частям. Основной принцип работы эвм был предложен джоном фон нейманом и получил название принципа программного управления: принцип действия эвм, согласно которому переработка машиной исходных данных в конечный результат производится в соответствии с заранее составленной и введенной в память машины программой.