Organizarea structurală a PC-ului. Arhitectura calculatoarelor moderne de înaltă performanță - fișier n1.doc Structura funcțională a unui calculator
Cuvântul „calculator” înseamnă „calculator”, adică. dispozitiv de calcul. Necesitatea automatizării procesării datelor, inclusiv a calculelor, a apărut cu mult timp în urmă. Cu multe mii de ani în urmă, pentru numărare se foloseau bețe de numărat, pietricele etc. etc. Cu mai bine de 1.500 de ani în urmă (și poate mult mai devreme), abacul a început să fie folosit pentru a ușura lucrurile.
Astfel, s-au făcut încercări de automatizare a proceselor de calcul în toate etapele dezvoltării civilizației umane.
secolul VI î.Hr e. — Pitagora a introdus conceptul de număr ca bază a tuturor lucrurilor de pe pământ.
Secolul V î.Hr e. - Insula Salamis - primul dispozitiv de numărare a abac.
secolul IV î.Hr e. — Aristotel a dezvoltat logica deductivă.
secolul III î.Hr e. — Diophantus din Alexandria a scris Aritmetica în 13 cărți.
secolul al IX-lea — Al-Khorezmi a generalizat realizările matematicii arabe și a introdus conceptul de algebră.
Secolul XV — Leonardo da Vinci a dezvoltat un design pentru o mașină de calcul pentru a efectua operații pe numere de 12 biți.
secolul al XVI-lea - A fost inventat abacul rusesc cu un sistem de numere din 10 cifre.
Secolul XVII - Anglia - reguli de calcul.
Începutul dezvoltării tehnologiei informatice este considerat a fi cu Blaise Pascal, care în 1642. a inventat un dispozitiv care efectuează mecanic adunarea numerelor.
Următorul rezultat de reper a fost atins de remarcabilul matematician și filozof german Gottfried Wilhelm Leibniz, care în 1672 a exprimat ideea înmulțirii mecanice fără adunare secvențială. Un an mai târziu, a prezentat Academiei din Paris o mașină care putea efectua mecanic patru operații aritmetice. Mașina lui Leibniz necesita o masă specială pentru a fi instalată, deoarece avea dimensiuni impresionante: 100´ 30 ´ 20 de centimetri.
În 1812, matematicianul englez Charles Babbage a început să lucreze la așa-numitul motor de diferențe, care trebuia să calculeze orice funcții, inclusiv pe cele trigonometrice, și, de asemenea, să compilați tabele.
Originar din Alsacia, Karl Thomas, fondatorul și directorul a două companii de asigurări pariziene, a proiectat o mașină de calcul în 1818, concentrându-se pe fabricabilitatea mecanismului și a numit-o mașină de adăugare.
În primele decenii ale secolului XX, designerii au atras atenția asupra posibilității de a folosi elemente noi în dispozitivele de numărare - relee electromagnetice. În 1941, inginerul german Konrad Zuse a construit un dispozitiv de calcul care funcționa pe astfel de relee.
Aproape simultan, în 1943, americanul Howard Aiken, cu ajutorul lucrării lui Babbage bazată pe tehnologia secolului XX - relee electromecanice - a reușit să construiască legendarul Harvard Mark-1 (și mai târziu și Mark-2) la una dintre întreprinderile IBM. . „Mark-1” avea 15 metri lungime și 2,5 metri înălțime, conținea 800 de mii de părți, avea 60 de registre pentru constante, 72 de registre de stocare pentru adunare, o unitate centrală de înmulțire și împărțire și putea calcula funcții transcendentale elementare. Aparatul a lucrat cu numere zecimale din 23 de cifre și a efectuat operații de adunare în 0,3 secunde și operații de înmulțire în 3 secunde.
Lucrările la crearea primului computer electronic au fost începute, se pare, în 1937, în SUA, de profesorul John Atanasov, un bulgar de naștere. Această mașină a fost specializată și destinată să rezolve probleme de fizică matematică. În timpul dezvoltării sale, Atanasov a creat și brevetat primele dispozitive electronice, care au fost ulterior utilizate destul de pe scară largă în primele computere. Proiectul lui Atanasov nu a fost complet finalizat, dar trei decenii mai târziu, în urma unui proces, profesorul a fost recunoscut drept fondatorul tehnologiei electronice de calcul.
Începând din 1943, un grup de specialiști condus de Howard Aiken, J. Mauchly și P. Eckert în SUA a început să proiecteze un computer bazat pe tuburi vidate, mai degrabă decât pe relee electromagnetice. Această mașină se numea ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) și a funcționat de o mie de ori mai rapid decât Mark-1. ENIAC conținea 18 mii de tuburi vid și ocupa o suprafață de 9´
15 metri, cântărea 30 de tone și consuma o putere de 150 de kilowați.
În 1945, celebrul matematician John von Neumann a fost implicat în crearea unui computer, care a pregătit un raport despre această mașină. În acest raport, von Neumann a formulat clar și simplu principiile generale de funcționare a dispozitivelor de calcul universale, i.e. calculatoare. Aceasta a fost prima mașină operațională construită pe tuburi vidate și a fost dată oficial în funcțiune pe 15 februarie 1946. Au încercat să folosească această mașină pentru a rezolva unele probleme pregătite de von Neumann și legate de proiectul bombei atomice. Apoi a fost transportată la Aberdeen Proving Ground, unde a funcționat până în 1955.
ENIAC a devenit primul reprezentant al primei generații de calculatoare. Orice clasificare este condiționată, dar majoritatea experților au fost de acord că generațiile ar trebui să fie distinse în funcție de baza elementară pe care sunt construite mașinile. Astfel, prima generație pare să fie mașini cu tuburi.
Structura și funcționarea unui computer conform „principiului von Neumann”. Să le notăm pe cele mai importante dintre ele:
tastatură pentru introducerea de informații și comenzi alfanumerice.
Pentru ușurința controlului, se folosesc și manipulatoare precum „mouse” și „joystick” (cel din urmă, în principal pentru jocuri).
Dintre aceste părți ale computerului, unitatea de sistem arată cel mai puțin impresionant; este partea „principală” a acestuia. Toate componentele principale ale computerului sunt amplasate în ea:
circuite electronice care controlează funcționarea computerului (microprocesor, RAM, controlere de dispozitiv etc.);
o sursă de alimentare care transformă puterea rețelei în curent continuu de joasă tensiune furnizat circuitelor electronice ale computerului;
unități de dischete (sau unități) utilizate pentru citirea și scrierea pe dischete (dischete);
un hard disk magnetic conceput pentru citirea și scrierea pe un hard disk magnetic neamovibil (hard disk);
Alte dispozitive.
Orez. 4. Tipuri de unități de sistem
Inima computerului este, fără îndoială, procesorul central, situat pe placa de bază în interiorul unității de sistem. Este un circuit integrat ultra-mare format din milioane de tranzistoare în interior. Procesorul este capabil să execute un număr mare de comenzi externe și să proceseze informațiile primite sub formă de semnale electrice. Pentru a accelera calculele matematice, se folosește un alt cip - un coprocesor matematic, care mărește foarte semnificativ viteza de efectuare a operațiilor matematice (calcul de sinusuri, cosinus, logaritmi etc.). 
Orez. 5. Unitatea de sistem cu capacul carcasei scos
Viteza procesorului este determinată de structura acestuia (circuit), precum și de frecvența ceasului extern, care este generată de generatorul de impulsuri de pe placa de bază. Placa de sistem (placa de bază) este placa principală a computerului pe care se află microprocesorul, RAM, memoria cache, magistralele și controlerele.
Pentru a stoca programe executabile și datele sursă, pentru a procesa și înregistra rezultatele intermediare și finale, computerul are memorie cu acces aleatoriu (RAM), din care procesorul preia programe și date sursă pentru procesare. Această memorie a primit denumirea de „RAM” deoarece funcționează foarte repede, astfel încât procesorul practic nu trebuie să aștepte când citește date din memorie sau scrie în memorie. Când computerul este oprit, repornit sau întrerupe aleatoriu curent, întregul conținutul memoriei RAM este șters. În consecință, la tastarea oricăror date, texte etc. este necesar să scrieți periodic date intermediare pe un hard disk sau pe dischetă.
Pentru a accelera accesul la RAM, computerele moderne de mare viteză folosesc memorie statică specială „ultra-rapidă”, care se numește memorie cache și este ca un buffer între un procesor foarte rapid și RAM mai lentă.
Pentru a conecta procesorul și memoria RAM cu dispozitive externe: tastatură, monitor, unități de disc etc., se folosesc circuite sau plăci electronice speciale. În acest caz, schimbul de informații între RAM și dispozitive (adică, intrare-ieșire) nu are loc direct: există două legături intermediare între orice dispozitiv și RAM:
1. Fiecare dispozitiv are propriul circuit electronic care îl controlează. Acest circuit se numește controler sau adaptor. Unele controlere (de exemplu, un controler de disc) pot controla mai multe dispozitive simultan)
2. Toate controlerele (adaptoarele) interacţionează cu microprocesorul şi RAM prin intermediul magistralei de transfer de date a sistemului (autobuz).În prezent, majoritatea calculatoarelor fabricate sunt echipate cu magistrale PCI şi ISA.
Unul dintre controlerele prezente în aproape fiecare computer este controlerul portului I/O, care vine în următoarele tipuri: paralel, serial, joc.
Un element important al unui computer este adaptorul video (sau placa video), care este folosit pentru a genera semnale video care afișează informații pe ecranul monitorului. Placa video primește comenzi de la microprocesor pentru a forma o imagine, construiește această imagine în memoria sa de serviciu - memoria video și, în același timp, convertește conținutul memoriei video într-un semnal furnizat monitorului - semnal video
Un monitor de calculator (display) este proiectat pentru a afișa text și informații grafice pe ecran.Tipul modern de monitoare și, în consecință, placa video este SVGA.
Pentru a stoca permanent informațiile necesare în timpul lucrului cu un computer, se folosesc unități de hard disk. De obicei, acestea stochează programe și fișiere ale sistemului de operare, diverse pachete software, editori de documente, jocuri pe computer și multe altele. Unitatea de sistem mai poate include: unități (pe discuri laser - CD-ROM; interne pe bandă magnetică - streamer); placă de sunet pentru reproducerea diferitelor efecte sonore; modem fax intern; plăci de rețea.
Aproape fiecare computer are cel puțin o unitate de dischetă pentru dischete, care vă permit să transferați documente și programe de la un computer la altul. Sistemul de operare și diverse programe pot fi încărcate de pe dischete.
Pentru a alimenta toate dispozitivele care rulează în unitatea de sistem, există o sursă de alimentare comutată puternică.
Pentru ca toate dispozitivele electronice și mecanice să interacționeze corect între ele, acestea trebuie controlate prin programe speciale. Programele pentru testarea internă a monitorului (POST - procedură, Power-On-Self-Test), inițializarea adaptorului video și încărcarea sistemului de operare de pe disc, precum și programele pentru efectuarea funcțiilor de bază pentru gestionarea dispozitivelor I/O sunt stocate pe placa de bază într-un cip special - dispozitiv de memorie doar pentru citire.
Colecția acestor microprograme este numită.(BIOS sau sistem de bază de intrare-ieșire). Pentru a schimba și a reține parametrii de configurare a computerului, BIOS-ul are un program special de configurare – SETUP. Parametrii înșiși sunt stocați într-un cip de memorie CMOS separat, care este alimentat de o baterie specială de pe placa de bază.
Pentru a lucra cu multe programe moderne, este aproape obligatoriu să folosiți un mouse sau un alt dispozitiv care îl înlocuiește, adică. dispozitive de indicare, deoarece vă permit să indicați anumite elemente de pe ecranul computerului.
Un mouse este un manipulator care este o cutie mică cu mai multe butoane care se micșorează ușor în palma mâinii tale. Când mutați mouse-ul pe suprafața ecranului monitorului, indicatorul mouse-ului (de obicei o săgeată) se mișcă în consecință. Când este necesar să se efectueze această sau acea acțiune, utilizatorul apasă unul sau altul buton al mouse-ului.
2014-05-25
Nossiter J. Microsoft Exel 2002 – M.: Dialectics, 2003. Organizarea și utilizarea sistemelor corporative ORGANIZAREA SI PRINCIPIILE CONSTRUCTII DE SITE WEB
mașinile care utilizează elemente electronice ar trebui să funcționeze nu în zecimală, ci în sistem de numere binar;
programul, ca și datele sursă, trebuie să fie localizat în memoria mașinii;
programul, ca și numerele, trebuie scris în cod binar;
dificultățile implementării fizice a unui dispozitiv de stocare, a cărui viteză corespunde vitezei de funcționare a circuitelor logice, necesită o organizare ierarhică a memoriei (adică alocarea memoriei RAM, a memoriei intermediare și pe termen lung);
un dispozitiv aritmetic (procesor) este construit pe baza unor circuite care efectuează operația de adunare; crearea de dispozitive speciale pentru efectuarea altor operații aritmetice și alte operații este nepractică;
Mașina folosește un principiu paralel pentru organizarea procesului de calcul (operațiile asupra numerelor sunt efectuate simultan pe toate cifrele).
Primul computer care a întruchipat principiile lui von Neumann a fost construit în 1949 de către cercetătorul englez Maurice Wilkes. De atunci, computerele au devenit mult mai puternice, dar marea majoritate a acestora sunt realizate în conformitate cu principiile pe care John von Neumann le-a subliniat în raportul său din 1945.
Mașinile noi din prima generație s-au înlocuit destul de repede. În 1951, a început să funcționeze primul computer electronic sovietic MESM, cu o suprafață de aproximativ 50 de metri pătrați.
În 1952 s-a născut mașina americană EDWAC.
În 1952, designerii sovietici au pus în funcțiune BESM, cea mai rapidă mașină din Europa, iar în anul următor, Strela, prima mașină de producție de înaltă clasă din Europa, a început să funcționeze în URSS. Dintre creatorii de mașini autohtone trebuie menționate mai întâi numele S.A. Lebedeva, B.Ya. Bazilevski, I.S. Bruka, B.I. Rameeva, V.A. Melnikova, M.A. Kartseva, A.N. Myamlina. În anii 50, au apărut alte computere: „Ural”, M-2, M-3, BESM2, „Minsk1” - care au întruchipat soluții de inginerie din ce în ce mai progresive.
Proiectele și implementarea mașinilor Mark-1, EDSAC și EDVAC în Anglia și SUA, MESM în URSS au pus bazele dezvoltării lucrărilor de creare a calculatoarelor cu tehnologia tubului vidat - calculatoare seriale de prima generație. Dezvoltarea primei mașini electronice de producție, UNIVAC (Universal Automatic Computer), a început în jurul anului 1947 de către Eckert și Mauchli. Primul model al mașinii (UNIVAC-1) a fost construit pentru Biroul de Recensământ al SUA și pus în funcțiune în primăvara anului 1951. Calculatorul sincron, secvenţial UNIVAC-1 a fost creat pe baza calculatoarelor ENIAC și EDVAC. Funcționa cu o frecvență de ceas de 2,25 MHz și conținea aproximativ 5.000 de tuburi cu vid.
În comparație cu SUA, URSS și Anglia, dezvoltarea tehnologiei informatice electronice în Japonia, Germania și Italia a fost amânată. Prima mașină japoneză Fujik a fost pusă în funcțiune în 1956; producția de masă de computere în Germania a început abia în 1958.
Semiconductorii au devenit baza elementară a celei de-a doua generații. Fără îndoială, tranzistoarele pot fi considerate unul dintre cele mai impresionante miracole ale secolului al XX-lea.
Un brevet pentru descoperirea tranzistorului a fost eliberat în 1948 americanilor D. Bardeen și W. Brattain, iar opt ani mai târziu aceștia, împreună cu teoreticianul W. Shockley, au devenit laureați ai Premiului Nobel.
Primul computer de bord pentru instalare pe o rachetă intercontinentală, Atlas, a fost pus în funcțiune în Statele Unite în 1955. Mașina a folosit 20 de mii de tranzistori și diode și a consumat 4 kilowați.
În 1956, IBM a dezvoltat capete magnetice plutitoare pe o pernă de aer. Invenția lor a făcut posibilă crearea unui nou tip de memorie - dispozitive de stocare pe disc, a căror importanță a fost pe deplin apreciată în deceniile următoare ale dezvoltării tehnologiei de calcul. Primele dispozitive de stocare pe disc au apărut în mașinile IBM-305 și RAMAC.
Primele calculatoare mainframe produse în serie cu tranzistori au fost lansate în 1958 simultan în SUA, Germania și Japonia.
În Uniunea Sovietică, primele mașini fără lampă „Setun”, „Razdan” și „Razdan2” au fost create în 1959-1961. În anii 60, designerii sovietici au dezvoltat aproximativ 30 de modele de calculatoare cu tranzistori, dintre care majoritatea au început să fie produse în masă. Cel mai puternic dintre ei, Minsk32, a efectuat 65 de mii de operații pe secundă. Au apărut familii întregi de vehicule: „Ural”, „Minsk”, BESM.
Deținătorul recordului în rândul calculatoarelor din a doua generație a fost BESM6, care avea o viteză de aproximativ un milion de operații pe secundă - unul dintre cele mai productive din lume. Arhitectura și multe soluții tehnice din acest computer au fost atât de progresive și înainte de vremea lor încât a fost folosit cu succes aproape până în epoca noastră.
În special pentru automatizarea calculelor inginerești la Institutul de Cibernetică al Academiei de Științe a RSS Ucrainei sub conducerea academicianului V.M. Glushkov a dezvoltat calculatoarele MIR (1966) și MIR-2 (1969). O caracteristică importantă a mașinii MIR-2 a fost utilizarea unui ecran de televiziune pentru controlul vizual al informațiilor și a unui stilou luminos, cu ajutorul căruia a fost posibilă corectarea datelor direct pe ecran.
Prioritatea în inventarea circuitelor integrate, care a devenit baza elementară a calculatoarelor din a treia generație, aparține oamenilor de știință americani D. Kilby și R. Noyce, care au făcut această descoperire independent unul de celălalt. Producția de masă a circuitelor integrate a început în 1962, iar în 1964 trecerea de la elementele discrete la cele integrate a început să aibă loc rapid. ENIAC mărimea 9 menționată mai sus´
15 metri în 1971 puteau fi asamblați pe o placă de 1,5 centimetri pătrați. A început transformarea electronicii în microelectronice.
În ciuda succeselor tehnologiei integrate și a apariției minicalculatoarelor, mașinile mari au continuat să domine în anii 60. Astfel, a treia generație de computere, care provin din a doua, a crescut treptat din ea.
Prima serie de mașini bazate pe elemente integrale a început să fie produsă în 1964 de IBM. Această serie, cunoscută sub numele de IBM-360, a avut un impact semnificativ asupra dezvoltării tehnologiei informatice în a doua jumătate a anilor '60. A unit o întreagă familie de computere cu o gamă largă de performanțe și compatibile între ele. Acesta din urmă a însemnat că a devenit posibilă conectarea mașinilor în complexe și, de asemenea, transferul de programe scrise pentru un computer pe oricare altul din serie, fără nicio modificare. Astfel, pentru prima dată, a fost identificată o cerință viabilă din punct de vedere comercial pentru standardizarea hardware-ului și software-ului computerelor.
Din a doua jumătate a anilor '60, Uniunea Sovietică, împreună cu țările CMEA, a început să dezvolte o familie de mașini universale similare cu sistemul ibm-360. În 1972, a început producția de masă a modelului de pornire, cel mai puțin puternic al Sistemului Unificat - computerul ES-1010, iar un an mai târziu - alte cinci modele. Performanța lor a variat de la zece mii (EC-1010) la două milioane (EC-1060) de operații pe secundă.
Ca parte a celei de-a treia generații, în SUA a fost construită o mașină unică „ILLIAK-4”, care în versiunea sa originală a fost planificată să folosească 256 de dispozitive de procesare a datelor realizate pe circuite integrate monolitice.
Începutul anilor 70 marchează trecerea la calculatoare de generația a patra - circuite integrate la scară foarte mare (VLSI). Un alt semn al unei noi generații de computere sunt schimbările dramatice în arhitectură.
Tehnologia de a patra generație a dat naștere unui element informatic calitativ nou - microprocesorul. În 1971, au venit cu ideea de a limita capacitățile procesorului prin introducerea în acesta a unui mic set de operații, ale căror microprograme trebuie introduse în prealabil în memoria permanentă.
Dintre calculatoarele mari din a patra generație bazate pe circuite integrate ultra-mari, mașinile americane „Krey-1” și „Krey-2”, precum și modelele sovietice „Elbrus-1” și „Elbrus-2”, s-au remarcat. mai ales bine. Primele lor mostre au apărut aproximativ în același timp - în 1976. Toate aparțin categoriei supercalculatoarelor, deoarece au caracteristici extrem de realizabile pentru timpul lor și sunt foarte scumpe.
A patra generație de mașini a făcut o abatere de la arhitectura von Neumann, care fusese caracteristica principală a marii majorități a tuturor computerelor anterioare.
Deși calculatoarele personale aparțin calculatoarelor din generația a 4-a, posibilitatea de distribuție pe scară largă a acestora, în ciuda realizărilor tehnologiei VLSI, ar rămâne foarte mică.
În 1970, a fost făcut un pas important pe calea către un computer personal - Marchian Edward Hoff de la Intel a proiectat un circuit integrat similar în funcțiile sale cu procesorul central al unui computer mare. Așa a apărut primul microprocesor Intel 4004, care a fost scos la vânzare în 1971. A fost o adevărată descoperire, deoarece microprocesorul Intel 4004, cu dimensiuni mai mici de 3 cm, era mai productiv decât mașinile gigantice din prima generație. Adevărat, capacitățile Intel 4004 erau mult mai modeste decât cele ale procesorului central al computerelor mari din acea vreme - funcționa mult mai lent și putea procesa doar 4 biți de informații simultan (procesoarele computerelor mari procesau simultan 16 sau 32 de biți) , dar a costat și de zeci de mii de ori mai ieftin. Dar creșterea performanței microprocesorului nu a întârziat să apară.
Primul computer personal produs în serie a fost Altair-8800, creat în 1974 de o companie mică din Albuquerque, New Mexico.
În 1981, a apărut prima versiune a sistemului de operare pentru computerul IBM PC, MS DOS 1.0. Ulterior, pe măsură ce computerele IBM PC s-au îmbunătățit, au fost lansate noi versiuni de DOS, ținând cont de noile capabilități ale computerelor și oferind confort suplimentar utilizatorului.
În august 1981, un nou computer numit IBM Personal Computer a fost prezentat oficial publicului și la scurt timp după aceea a câștigat o mare popularitate în rândul utilizatorilor. PC-ul IBM avea 64 KB de RAM, un casetofon pentru încărcarea/salvarea programelor și datelor, o unitate de dischetă și o versiune încorporată a limbajului BASIC.
După unul sau doi ani, computerul IBM PC a ocupat o poziție de lider pe piață, înlocuind modelele de computere pe 8 biți.
O nouă generație de microprocesoare o înlocuiește pe cea anterioară la fiecare doi ani și devine învechită în 3-4 ani. Microprocesorul, împreună cu alte dispozitive microelectronice, face posibilă crearea unor sisteme informaționale destul de rentabile.
8 noiembrie 1993 – A fost lansat Windows for Workgrounds 3.11. Oferă o compatibilitate mai mare cu NetWare și Windows NT; În plus, s-au făcut multe modificări arhitecturii sistemului de operare menite să îmbunătățească performanța și stabilitatea, care ulterior și-au găsit drumul în Windows 95. Produsul a fost mult mai bine primit de companiile americane.
În 1993, au apărut primele procesoare Pentium cu frecvențe de 60 și 66 MHz - acestea erau procesoare pe 32 de biți cu o magistrală de date pe 64 de biți.
De atunci, computerele s-au dezvoltat într-un ritm extraordinar. Frecvența de operare a proceselor a ajuns deja la 3,5 GHz, iar capacitatea RAM este de aproximativ 8 GB.
2.
2.1. Conceptul și caracteristicile generale ale structurii funcționale a unui calculator
Varietatea calculatoarelor moderne este foarte mare. Dar structurile lor se bazează pe principii logice generale care fac posibilă distingerea următoarelor dispozitive principale în orice computer:
memorie (dispozitiv de stocare, memorie), constând din celule renumerotate;
un procesor care include o unitate de control (CU) și o unitate aritmetică-logică (ALU);
dispozitiv de intrare;
dispozitiv de ieșire.
Aceste dispozitive sunt conectate prin canale de comunicare prin care se transmit informații.
Orez. 1. Schema generală de calculator
Functii de memorie:
primirea de informații de la alte dispozitive;
amintirea informațiilor;
– furnizarea de informații la cerere către alte dispozitive ale mașinii.
Functii procesor:
prelucrarea datelor conform unui program dat prin efectuarea de operații aritmetice și logice;
control software al funcționării dispozitivelor de calculator.
Partea procesorului care execută instrucțiuni se numește unitate aritmetică logică (ALU), iar cealaltă parte care realizează funcții de control al dispozitivului se numește unitate de control (CU).
De obicei, aceste două dispozitive se disting pur condiționat; nu sunt separate structural.
Procesorul conține un număr de celule de memorie suplimentare specializate numite registre.
Registrul îndeplinește funcția de stocare pe termen scurt a unui număr sau a unei comenzi.
Prima persoană care a formulat principiile de bază ale funcționării dispozitivelor de calcul universale, i.e. computere, a fost faimosul matematician John von Neumann.
În primul rând, un computer modern trebuie să aibă următoarele dispozitive:
un dispozitiv aritmetico-logic care efectuează operații aritmetice și logice;
un dispozitiv de control care organizează procesul de execuție a programului;
un dispozitiv de stocare sau memorie pentru stocarea programelor și datelor;
dispozitive externe de intrare/ieșire a informațiilor.
În termeni generali, principiul de funcționare al unui computer poate fi descris după cum urmează.
În primul rând, folosind un dispozitiv extern, un program este introdus în memoria computerului. Dispozitivul de control citește conținutul celulei de memorie în care se află prima(e) instrucțiuni ale programului și organizează execuția acestuia. Această comandă poate efectua operații aritmetice sau logice, poate citi date din memorie pentru a efectua operații aritmetice sau logice sau poate scrie rezultatele acestora în memorie, introduce date de pe un dispozitiv extern în memorie sau scoate date din memorie pe un dispozitiv extern.
De obicei, după executarea unei comenzi, dispozitivul de control începe să execute comanda din celula de memorie care se află imediat după comanda tocmai executată. Cu toate acestea, această ordine poate fi modificată folosind instrucțiunile de transfer de control (sărire). Aceste comenzi indică dispozitivului de control că ar trebui să continue executarea programului, pornind de la comanda conținută într-o altă locație de memorie. O astfel de „sărire” sau tranziție într-un program poate să nu fie întotdeauna efectuată, ci numai atunci când sunt îndeplinite anumite condiții, de exemplu, dacă unele numere sunt egale, dacă operația aritmetică anterioară a rezultat zero etc. Acest lucru vă permite să utilizați aceleași secvențe de comenzi într-un program de multe ori (adică să organizați bucle), să executați diferite secvențe de comenzi în funcție de îndeplinirea anumitor condiții etc., i.e. creați programe complexe.
Astfel, dispozitivul de control execută automat instrucțiunile programului, adică. interventia omului. Poate face schimb de informații cu RAM și dispozitive externe ale computerului. Deoarece dispozitivele externe funcționează de obicei mult mai lent decât restul computerului, dispozitivul de control poate întrerupe execuția programului până la finalizarea unei operațiuni I/O cu dispozitivul extern. Toate rezultatele programului executat trebuie să fie transmise către dispozitivele externe ale computerului, după care computerul continuă să aștepte orice semnal de la dispozitivele externe.
În calculatoarele moderne, unitatea aritmetică-logică și unitatea de control sunt combinate într-un singur dispozitiv - procesorul central. În plus, procesul de execuție a programului poate fi întrerupt pentru a efectua acțiuni urgente legate de semnalele recepționate de la dispozitive computerizate externe — întreruperi.
Multe computere de mare viteză efectuează procesare paralelă pe mai multe procesoare.
Cu toate acestea, majoritatea calculatoarelor moderne se conformează în termeni de bază principiilor enunțate de von Neumann.
2.2. Organizarea structurală
Să ne uităm la designul unui computer folosind exemplul celui mai comun sistem informatic - un computer personal.
Calculatoarele personale sunt de obicei proiectate pe baza principiului arhitecturii deschise.
Principiul arhitecturii deschise este următorul:
Doar descrierea principiului de funcționare a computerului și configurația acestuia (un anumit set de hardware și conexiuni între ele) sunt reglementate și standardizate. Astfel, un computer poate fi asamblat din componente și piese individuale proiectate și fabricate de producători independenți;
Computerul este ușor de extins și actualizat datorită prezenței sloturilor interne de expansiune în care utilizatorul poate introduce o varietate de dispozitive care îndeplinesc un anumit standard și, astfel, poate configura mașina în funcție de preferințele sale personale..
Orez. 2 Structura generală a unui computer personal cu dispozitive periferice conectate
Pentru a conecta diferite dispozitive computerizate între ele, acestea trebuie să aibă aceeași interfață (interfață engleză de la inter - între și față - față).
O interfață este un mijloc de conectare a două dispozitive, în care toți parametrii fizici și logici sunt consecvenți unul cu celălalt.
Dacă interfața este general acceptată, de exemplu, aprobată la nivelul acordurilor internaționale, atunci se numește standard.
Fiecare dintre elementele funcționale (memorie, monitor sau alt dispozitiv) este asociat cu o magistrală de un anumit tip - magistrală de adresă, de control sau de date.
Orez. 3. Schema de conectare pentru interfețele dispozitivelor periferice
Porturile mai sunt numite și dispozitive de interfață standard: porturi (sau interfețe) seriale, paralele și de joc.
Portul serial face schimb de date cu procesorul octet cu octet, iar cu dispozitivele externe - bit cu bit. Portul paralel primește și trimite date octet cu octet.
Portul serial este de obicei folosit pentru a conecta dispozitive lente sau destul de îndepărtate, cum ar fi un mouse și un modem. Dispozitivele mai rapide, cum ar fi o imprimantă și un scaner, sunt conectate la portul paralel. Un joystick este conectat prin portul de joc. Tastatura și monitorul sunt conectate la propriile porturi specializate, care sunt pur și simplu conectori.
Principalele componente electronice care determină arhitectura procesorului sunt situate pe placa principală a computerului, care se numește placa de sistem sau placa de bază. Iar controlerele și adaptoarele dispozitivelor suplimentare, sau aceste dispozitive în sine, sunt realizate sub formă de plăci de expansiune (DaughterBoard - placă fiică) și sunt conectate la magistrală folosind conectori de expansiune, numiți și sloturi de expansiune (slot în engleză - slot, groove).
2.3. Blocuri de calculator de bază
Orice computer, de regulă, include trei noduri principale (blocuri):
unitate de sistem;
Monitor (afisaj) pentru afisarea informatiilor;
Descrierea prezentării prin diapozitive individuale:
1 tobogan
Descriere slide:
2 tobogan
Descriere slide:
Memoria internă este un dispozitiv electronic care stochează informații în timp ce este alimentat de electricitate. Când computerul este deconectat de la rețea, informațiile din RAM dispar. Programul este stocat în memoria internă a computerului în timpul executării acestuia. (principiul Von Neumann - principiul programului stocat). Memoria externă este formată din diverse medii magnetice (benzi, discuri), discuri optice. Stocarea informațiilor despre ele nu necesită alimentare constantă. Figura prezintă o diagramă a structurii unui computer luând în considerare două tipuri de memorie. Săgețile indică direcțiile de schimb de informații
3 slide
Descriere slide:
1. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.1. Placa de baza Placa de baza asigura comunicarea intre toate dispozitivele PC prin transmiterea semnalelor de la un dispozitiv la altul. Pe suprafața plăcii de bază există un număr mare de conectori destinati instalării altor dispozitive: mufe - mufe pentru procesoare; sloturi – conectori pentru RAM și carduri de expansiune; Controlere porturi I/O. Placa de bază este o placă de circuit imprimat pe care sunt montate majoritatea componentelor unui sistem informatic. Numele provine de la placa de baza engleza, uneori se foloseste abrevierea MB sau cuvantul mainboard - main board.
4 slide
Descriere slide:
A – conector (priză) al procesorului central B – conectori pentru RAM C – conectori pentru conectarea unei plăci video, modem intern etc. D – conectori pentru conectarea dispozitivelor externe de intrare/ieșire 1. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.1. Placa de bază Potriviți conectorii indicați în figură (dispozitive pentru comutare) și scopul lor:
5 slide
Descriere slide:
Procesorul are un radiator mare racit de un ventilator (cooler). Din punct de vedere structural, procesorul este format din celule în care datele nu pot fi doar stocate, ci și modificate. Celulele interne ale procesorului se numesc registre. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.2. Procesor central Unitatea centrală de procesare sau unitatea centrală de procesare (CPU) este principalul cip de calculator în care sunt efectuate toate calculele.
6 diapozitiv
Descriere slide:
Autobuz de adrese. Procesoarele Intel Pentium (și anume, sunt cele mai comune în calculatoarele personale de astăzi) au o magistrală de adrese pe 32 de biți, adică este formată din 32 de linii paralele. Autobuz de date. Această magistrală copiază datele din RAM în registrele procesorului și înapoi. În calculatoarele construite pe procesoare Intel Pentium, magistrala de date este pe 64 de biți, adică este formată din 64 de linii, de-a lungul cărora sunt primiți 8 octeți odată pentru procesare. Autobuz de comandă. Pentru ca procesorul să prelucreze datele, are nevoie de instrucțiuni. Trebuie să știe ce să facă cu octeții stocați în registrele sale. Aceste comenzi vin la procesor și din RAM, dar nu din acele zone în care sunt stocate matrice de date, ci din unde sunt stocate programe. Comenzile sunt de asemenea reprezentate în octeți. Cele mai simple comenzi se încadrează într-un octet, dar există și cele care necesită doi, trei sau mai mulți octeți. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.2. Unitate centrală de procesare Procesorul este conectat la restul dispozitivelor informatice, și în primul rând la RAM, prin mai multe grupuri de conductori numite magistrale. Există trei magistrale principale: magistrală de date, magistrală de adrese și magistrală de comandă.
7 slide
Descriere slide:
Tensiunea de funcționare a procesorului este asigurată de placa de bază, astfel încât diferite mărci de procesoare corespund diferitelor plăci de bază (trebuie selectate împreună). Modelele de procesoare timpurii aveau o tensiune de funcționare de 5V, dar astăzi este mai mică de 3V. Capacitatea procesorului arată câți biți de date poate primi și procesa în registrele sale la un moment dat (într-un ciclu de ceas). Primele procesoare au fost pe 4 biți. Procesorul se bazează pe același principiu de ceas ca într-un ceas obișnuit. Executarea fiecărei comenzi necesită un anumit număr de cicluri de ceas. Într-un computer personal, impulsurile de ceas sunt setate de unul dintre microcircuitele incluse în kitul de microprocesor (chipset) situat pe placa de bază. Cu cât frecvența ceasului care intră în procesor este mai mare, cu atât poate executa mai multe comenzi pe unitatea de timp, cu atât performanța procesorului este mai mare. Schimbul de date în cadrul procesorului are loc de câteva ori mai rapid decât schimbul cu alte dispozitive, cum ar fi RAM. Pentru a reduce numărul de accesări la RAM, în interiorul procesorului este creată o zonă tampon - așa-numita memorie cache. Este ca „super RAM”. Atunci când procesorul are nevoie de date, accesează mai întâi memoria cache și numai dacă datele necesare nu sunt acolo, accesează RAM-ul Dispozitivelor incluse în unitatea de sistem 1.2. Procesor central Principalii parametri ai procesoarelor sunt: tensiunea de operare, adâncimea de biți, frecvența tacului de funcționare, factorul de multiplicare a frecvenței interne a tacului și dimensiunea memoriei cache.
8 slide
Descriere slide:
Există două tipuri de memorie RAM - memorie cu acces aleatoriu (RAM - Random Access Memory) și memorie read-only (ROM - Read Only Memory). Memoria cu acces aleatoriu (RAM) este utilizată pentru a stoca programe, date și rezultate intermediare ale calculelor în timp ce computerul funcționează. Datele pot fi selectate din memorie într-o ordine aleatorie, mai degrabă decât strict secvenţial, cum este cazul, de exemplu, când se lucrează cu bandă magnetică. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.3. Memorie cu acces aleatoriu Memoria cu acces aleatoriu (RAM - memorie cu acces aleatoriu). Memoria read-only (ROM) este utilizată pentru a găzdui permanent anumite programe, de exemplu, programul de pornire a computerului - BIOS (sistem de bază de intrare-ieșire). Conținutul acestei memorie nu poate fi modificat în timp ce computerul funcționează. RAM este volatilă, adică datele sunt stocate în ea numai până când computerul este oprit.
Slide 9
Descriere slide:
Spre deosebire de un disc „floppy” (dischetă), informațiile dintr-un hard disk sunt înregistrate pe plăci dure (aluminiu sau sticlă) acoperite cu un strat de material feromagnetic. În modul de funcționare, capetele de citire nu ating suprafața plăcilor din cauza stratului de aer format în timpul rotației rapide a discurilor. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.4. Hard disk Unitate de hard disk, hard disk sau hard disk (în engleză Hard Disk Drive, HDD) - un dispozitiv de stocare a computerului nevolatil, reinscriptibil
10 diapozitive
Descriere slide:
Hard disk-ul a primit numele „Winchester” datorită IBM, care în 1973 a lansat modelul de hard disk 3340, care a combinat pentru prima dată discuri și capete de citire într-o carcasă dintr-o singură piesă. La dezvoltarea acestuia, inginerii au folosit numele intern scurt „30-30”, ceea ce însemna două module (în configurația maximă) de 30 MB fiecare. Kenneth Houghton, managerul de proiect, în concordanță cu denumirea popularei puști de vânătoare „Winchester 30-30”, a propus să numească acest disc „Winchester”. În Europa și America, numele „Winchester” a căzut din uz în anii 1990; în argou rusesc, numele „hard disk” a fost păstrat, scurtat la cuvântul „șurub”. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.4. HDD
11 diapozitiv
Descriere slide:
Interfața este o metodă folosită pentru a transfera date. Unitățile moderne pot folosi interfețe ATA (IDE, EIDE), Serial ATA, SCSI, SAS, FireWire, USB și Fibre Channel. Capacitatea este cantitatea de date care poate fi stocată de unitate. Capacitatea dispozitivelor moderne poate ajunge până la 1,5 TB; hard disk-urile cu o capacitate de 80, 120, 200, 320 GB sunt comune în computerele de astăzi. Spre deosebire de sistemul de prefixe adoptat în informatică, care indică un multiplu de 1024 de valori (kilo = 1024), producătorii folosesc multipli de 1000 de valori atunci când desemnează capacitatea hard disk-urilor. Deci, de exemplu, capacitatea „reală” a unui hard disk etichetat „200 GB” este de 186,2 GB. Dimensiune fizică - Aproape toate unitățile moderne pentru computere și servere au dimensiuni de 3,5 sau 2,5 inchi. Acestea din urmă sunt mai des folosite la laptopuri. Viteza axului este numărul de rotații ale axului pe minut. Timpul de acces și viteza de transfer de date depind în mare măsură de acest parametru. În prezent, hard disk-urile sunt produse cu următoarele viteze standard de rotație: 4200, 5400 și 7200 (laptop-uri), 7200 și 10000 (calculatoare personale), 10000 și 15000 rpm. (servere și stații de lucru de înaltă performanță). Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.4. Specificații hard disk
12 slide
Descriere slide:
De obicei, o placă video este o placă de expansiune și este introdusă într-un slot special (ISA, VLB, PCI, AGP, PCI-Express) pentru plăcile video de pe placa de bază, dar poate fi și încorporată. O placă grafică modernă este formată din următoarele părți principale: Unitatea de procesare grafică (GPU) - se ocupă de calculele imaginii de ieșire, scutind procesorul central de această responsabilitate și face calcule pentru procesarea comenzilor grafice 3D. O placă grafică (cunoscută și ca placă grafică, placă video, adaptor video) este un dispozitiv care convertește o imagine stocată în memoria computerului într-un semnal video pentru monitor. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.5. Placa grafica Controler video - responsabil cu generarea imaginilor in memoria video. Memorie video - acţionează ca un buffer în care o imagine este stocată în format digital pentru a fi afişată pe un ecran de monitor. Convertor digital-analogic (DAC) - folosit pentru a converti imaginea generată de controlerul video în niveluri de intensitate a culorii furnizate unui monitor analogic
Slide 13
Descriere slide:
Pe placa de baza, placa de sunet este instalata in sloturile ISA (format legacy) sau PCI (format modern). Când placa de sunet este instalată, pe panoul din spate al carcasei computerului apar porturi pentru conectarea difuzoarelor, căștilor și a unui microfon Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.6. Placă de sunet O placă de sunet (numită și placă de sunet, adaptor audio) este utilizată pentru a înregistra și a reda diferite semnale sonore: vorbire, muzică, efecte sonore. 1.7. Placă de rețea O placă de rețea (cunoscută și ca placă de rețea, adaptor de rețea, placă Ethernet, NIC (card de interfață de rețea în engleză)) este o placă de circuit imprimat care permite computerelor să comunice între ele printr-o rețea locală. De obicei, placa de rețea vine ca un dispozitiv separat și este introdusă în sloturile de expansiune ale plăcii de bază (în principal PCI, modelele timpurii au folosit magistrala ISA).
Slide 14
Descriere slide:
De obicei, o dischetă este o placă de plastic flexibilă acoperită cu un strat feromagnetic, de unde și numele în engleză „floppy disk”. Această placă este plasată într-o carcasă de protecție care protejează stratul magnetic de deteriorarea fizică. Carcasa poate fi flexibilă sau durabilă. Dischetele sunt scrise și citite folosind un dispozitiv special - o unitate de dischetă. Dischetele au, de obicei, o funcție de protecție la scriere care permite accesul numai în citire la date. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.8. Discheta de 3,5 inchi este un mediu de stocare magnetic portabil folosit pentru înregistrarea și stocarea repetată a datelor relativ mici. Prima dischetă cu un diametru de 200 mm (8 inchi) și o capacitate de 80 kiloocteți a fost introdusă de IBM în 1971. 1981, Sony a lansat pe piață a fost introdusă o dischetă cu un diametru de 3½" (90 mm). Versiunea sa ulterioară are o capacitate de 1440 kiloocteți sau 1,40 megaocteți. Acest tip de dischetă a devenit standard și este încă folosit azi.
15 slide
Descriere slide:
Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.9. Stocare pe disc compact Informațiile digitale sunt reprezentate pe un CD prin alternarea gropițelor (puncte nereflectante) și insule care reflectă lumina. Un CD are doar o singură pistă fizică sub forma unei spirale continue care merge de la diametrul exterior al discului până la diametrul interior. Citirea informațiilor de pe un CD are loc folosind un fascicul laser, care, căzând pe o insulă reflectorizantă, este deviat către un fotodetector, care interpretează acest lucru ca o unitate binară. Raza laser care intră în cavitate este împrăștiată și absorbită: fotodetectorul înregistrează un zero binar. Rata de transfer de date pentru unitate este determinată de viteza de rotație a discului. De obicei este indicat în comparație cu standardul Audio CD, pentru care viteza de citire a datelor este de aproximativ 150 KB/s. Acestea. CDx2 înseamnă că viteza de schimb de date cu un astfel de disc este de două ori mai mare decât 150 KB/s. Viteza maximă de rotație a unui disc CD este de 52 de ori mai mare decât viteza de citire a unui CD audio. 52x150 KB/s=7800 KB/s. În prezent, unitățile cu capacitatea de a scrie o singură dată (CD-R) și de a rescrie informații (CD-RW) au devenit disponibile utilizatorilor în masă.
16 slide
Descriere slide:
Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.10. Unități DVD DVD (Digital Versatile Disc, digital multi-purpose, sau universal disc) sunt discuri optice de mare capacitate care sunt utilizate pentru stocarea de filme de lungă durată, muzică de înaltă calitate și programe de calculator. Există mai multe opțiuni de DVD care diferă ca capacitate: cu o singură față și cu două fețe, cu un singur strat și cu două straturi. DVD-urile cu o singură față, cu un singur strat au o capacitate de 4,7 GB de informații, cu două straturi - 8,5 GB; cele cu două fețe cu un singur strat au 9,4 GB, cele cu două straturi - 17 GB. Raza laser dintr-o unitate CD-ROM obișnuită are o lungime de undă de 780 nm, în timp ce în dispozitivele DVD variază de la 635 nm la 650 nm, ceea ce face ca densitatea înregistrării DVD să fie semnificativ mai mare. Pe lângă citirea datelor de pe DVD-uri la viteze de aproximativ 1,2 MB/s, unitățile DVD pot citi CD-ROM-uri obișnuite la viteze aproximativ echivalente cu unitățile CD-ROM cu viteze 8-10.
18 slide
Descriere slide:
Orice obiect biologic (uman, animal, insectă) în procesul vieții sale trebuie să răspundă în mod adecvat la influențele obiectelor din lumea din jurul său. Acest lucru este posibil numai dacă obiectele biologice au organe care implementează funcțiile necesare de lucru cu informații (date) (Fig. 18.1.).Funcțiile unui obiect care implementează prelucrarea datelor
Orez. 18.1.
Intrarea (recepția) de date (informații0 de la alt obiect;
Stocarea datelor (informațiilor);
Prelucrarea datelor (informațiilor);
Ieșire (transfer) de date (informații) către un alt obiect.
18.1. Funcțiile unui computer ca sistem de prelucrare a datelor
Orez. 18.1.1.
În figura 18.1.1. Este prezentată o diagramă a sistemului de frânare antiblocare (AST). Este evident că gestionarea oricărui obiect se bazează pe particularitățile funcționării acestui obiect de control. Controlul constă în faptul că obiectul de control este transferat în diferite stări cu ajutorul unui program de control instalat pe computer. Scopul ACT este de a se asigura că roata mașinii se rotește întotdeauna. Dacă volanul este blocat, vehiculul se va deplasa necontrolat de volan.
Șoferul apasă pedala de frână la frânare. Sarcina AST este de a preveni blocarea roții.
Prima funcție (intrare) este ca semnalele analogice de la senzorul de rotație al roții să fie convertite în semnale digitale (coduri) și introduse în memoria computerului. A doua funcție (stocare) este că codurile de stare a roților stocate în memorie sunt percepute de programul de control. Dacă codul corespunde rotației roților, sistemul de control este silențios. Dacă codul corespunde stării roții „staționare”, programul generează un cod de control care este emis (funcția de ieșire) către DAC. Acest cod este convertit de DAC în tensiune și este perceput de AST ca o acțiune de control pentru a „relaxa forța de frânare”. AST slăbește forța de frânare și roata începe să se rotească.
Analiza acestei diagrame arată că un computer poate fi considerat un dispozitiv de prelucrare a datelor, deoarece Acest dispozitiv implementează toate cele 4 funcții. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că aceste funcții sunt implementate folosind hardware și software. Este evident că sarcina reală de control al microscopului electronic este implementată de program. Echipamentul joacă un rol de sprijin. Din acest motiv se vorbește despre controale hardware și software.
În figura 18.1.2. este prezentat un instrument hardware și software mai complex.
Orez. 18.1.2.
În acest circuit de control al microscopului electronic, o persoană este prezentă în bucla de control. Semnalele despre obiectul studiat sunt convertite în coduri și afișate pe un dispozitiv de afișare. O persoană, care privește o imagine a unui obiect, poate controla un microscop electronic lanzându-i comenzi: măriți imaginea (mutați lentila microscopului mai aproape de obiect), reduceți imaginea, mutați lentila spre dreapta etc. Comenzile umane sunt convertite de program în coduri de control, care, la rândul lor, sunt convertite de DAC în semnale de diferite tensiuni. Semnalele sunt detectate de comenzile microscopului electronic, iar microscopul execută comenzi specificate de utilizator.
Analiza celor două figuri arată că un computer poate funcționa fără un dispozitiv, cum ar fi un afișaj. Un afișaj poate fi considerat ca un dispozitiv de afișare, precum și ca un dispozitiv de ieșire. Introducerea umană a informațiilor se realizează folosind o tastatură.
Dispozitivul funcțional al computerului: hardware care implementează o anumită funcție de calculator.
coloana vertebrală-principiul modular de organizare calculator: toate elementele funcționale ale computerului sunt conectate între ele folosind o coloană vertebrală comună (de sistem) (autobuz) și fac schimb de date între ele prin intermediul acestui dispozitiv funcțional (Fig. 18.1.3.).
Compoziția sistemului de autostradă:
magistrala de date;
magistrala de adrese;
magistrala de control.
Orez. 18.1.3.
Ne-am uitat deja la procesul de execuție a programului. Procesorul trebuie să contacteze OP-ul pentru următoarea instrucțiune, apoi procesorul trebuie să contacteze OP-ul pentru a prelua operanzii și, în cele din urmă, procesorul trebuie să contacteze OP-ul pentru a înregistra rezultatul operației pe operanzi. Dacă în timpul execuției programului este necesar să se efectueze operații de intrare sau de ieșire, atunci doar dezvoltatorul programului știe momentul în care încep aceste operațiuni. Aceasta înseamnă că sistemul de comandă poate conține nu numai comenzi aritmetice și logice, ci și comenzi de control al dispozitivului. Concluzie: sursa primară de schimb între două dispozitive este procesorul, care execută comanda programului. Procesorul transmite către magistrala de adrese (ABA) adresele dispozitivelor (abonaților) între care trebuie să aibă loc schimbul de date. Abonații trebuie să își coordoneze acțiunile folosind semnale de control prin magistrala de control. Datele, desigur, trebuie transmise prin magistrala de date. În figura 18.1.4. structura funcţională a unui calculator este prezentată într-o formă generalizată.
Orez. 18.1.4.
CPU: un dispozitiv funcțional care execută comenzi de program.
Memoria computerului: un dispozitiv funcțional care asigură stocarea datelor prezentate în formă electronică.
Procesorul nu are functie de stocare. Din acest motiv, așa cum sa discutat anterior, procesorul trebuie să acceseze în mod constant memoria. În fiecare ciclu, 1 cuvânt este schimbat între procesor și memorie. Evident, memoria trebuie să aibă aceeași viteză (performanță) de funcționare ca și procesorul. S-au găsit elemente tehnice care au performanțe apropiate de cele ale procesorului. Cu toate acestea, aceste elemente au 2 dezavantaje. Primul dezavantaj: datele stocate în această memorie se pierd atunci când alimentarea este oprită. Al doilea dezavantaj se referă la sfera economică: aceste dispozitive sunt destul de scumpe. Prin urmare, în computerele moderne există 2 niveluri de memorie. Primul nivel este memoria cu acces aleatoriu (RAM). Doar cu acesta procesorul schimbă date în timpul execuției programului.
Al doilea nivel de memorie este un hard magnetic disk (HMD). Acesta este un dispozitiv lent. Face schimb de date cu sistemul de operare și cu alte elemente funcționale ale computerului. Dacă urmăriți dezvoltarea computerelor personale, puteți observa o creștere constantă a cantității de memorie RAM. Acest lucru se datorează și factorului economic: pe măsură ce producția crește și se dezvoltă tehnologiile de producție de bază de elemente, modulele RAM devin mai ieftine. Evoluția volumelor OP: 128 KB, 256 KB, 512 KB, 1 MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1 GB, 2 GB etc.
În fiecare ciclu, OP schimbă 1 cuvânt cu procesorul. În fiecare ciclu, OP schimbă un bloc format din mai multe cuvinte cu LMD (Fig. 18.1.5.).
Miezul computerului: un set de dispozitive funcționale care implementează funcții de stocare și procesare. Nucleul computerului include: procesor, RAM și unitatea de disc.
Orez. 18.1.5.
Notă. Vă rugăm să rețineți că conceptul de „nucleu de computer” este funcțional, nu tehnic (formal). Un exemplu de abordare formală este împărțirea memoriei în interne și externe. Memoria internă este considerată RAM, iar memoria externă este considerată memorie pe termen lung. Criteriul pentru această separare este capacitatea formală a dispozitivelor de memorie de a stoca informații după ce alimentarea este oprită. În același timp, această clasificare nu explică conceptele de „intern” și „extern”. Care este obiectul în legătură cu care sunt folosite aceste concepte?
Sfat. La introducerea oricărei clasificări, este necesar să se definească clar criteriul de clasificare și toate conceptele utilizate în descrierea clasificării.
Dispozitivele rămase sunt dispozitive de intrare/ieșire în raport cu nucleul.
Tastatură este cel mai simplu dispozitiv de intrare dintr-un computer personal.
O imprimantă: dispozitiv pentru ieșirea datelor pe hârtie.
Pentru confortul utilizatorului, un manipulator grafic și un afișaj sunt incluse în computerul personal.
Manipulator grafic: un dispozitiv funcțional care permite indicatorului grafic să se deplaseze pe ecranul de afișare și să emită un semnal către program pentru a executa comanda indicată de indicatorul grafic.
Implementări structurale ale unui manipulator grafic: mouse, trackball, touch pad.
Index grafic: o pictogramă cu care utilizatorul definește pentru programe un obiect pe care urmează să fie efectuată o operație specificată de utilizator.
Afişa: un dispozitiv funcțional al unui computer care oferă afișarea vizuală a informațiilor pe ecran care permite utilizatorului să utilizeze eficient capacitățile computerului.
După cum puteți vedea, indicatorul și afișajul grafic nu îndeplinesc niciuna dintre cele 4 funcții ale dispozitivului de procesare a datelor.
Unitate de dischetă: un dispozitiv de intrare/ieșire pentru schimbul de date cu un mediu de stocare extern bazat pe o dischetă (dischetă).
Unitatea de antrenareCD-disc: Dispozitiv I/O pentru schimbul de date cu un mediu de stocare extern pe CD.
Configurația de bază a unui computer personal: un set minim de dispozitive funcționale furnizate cumpărătorului.
Setul de bază se modifică în funcție de capacitățile tehnologice ale producătorilor. În prezent, configurația de bază include: nucleu, afișaj, unitate CD (DVD). O unitate de dischetă nu mai este întotdeauna inclusă cu computerul atunci când este vândută.
Modem: Dispozitiv I/O pentru schimbul de date de calculator cu canale de semnal analogic (conversia semnalelor analogice în unele discrete și invers).
Coloana vertebrală - principiul modular al organizării computerelor combină aspectele funcționale și constructive ale organizării computerului.
Modul: un element funcțional al unui computer implementat sub forma unui design specific.
De exemplu, un procesor este implementat pe un microcircuit, care este proiectat structural sub forma unui paralelipiped cu multe contacte pentru conectarea electrică cu alte elemente funcționale și este introdus într-un conector. Unitatea CD, unitatea DVD și discul magnetic dur sunt realizate sub formă de cutii paralelipipedice.
Un calculator, ca sistem tehnic, trebuie să includă module care implementează funcții auxiliare: răcirea diferitelor dispozitive (forțată), protejarea oamenilor de radiații, conectarea tuturor modulelor sub forma unei structuri convenabile pentru instalare și transfer (elementele de asamblare).
Fiecare dispozitiv funcțional poate fi implementat pe principii fizice diferite și are un design diferit. Asamblarea unui computer se realizează prin instalarea și securizarea modulelor în elemente de asamblare. Reparația calculatorului se realizează la nivelul înlocuirii modulelor.
Elemente de asamblare ale unui computer personal: unitate de sistem, placă de bază, vitrină, carcasă modem.
18.2. Controler de dispozitiv funcțional Scop
În calculatoarele personale moderne, fiecare dispozitiv funcțional al computerului este conectat la magistrala de sistem (Fig. 18.2.1.).
Orez. 18.2.1.
Pentru a putea controla un dispozitiv funcțional, a-i emite comenzi, a primi de la acesta informații despre rezultatele executării comenzii și, dacă este necesar, a-i emite date sau a primi date de la acesta, semnalele, atât de control, cât și de informare, trebuie să fie schimbate între acesta și coloana vertebrală a sistemului. Desigur, schimbul acestor semnale trebuie să aibă loc după anumite reguli.
Interfata: reguli de interacțiune între hardware sau software.
Datorită cererii tot mai mari de computere, au apărut noi companii de dezvoltare. Rezultatul muncii lor a fost apariția platformelor de calculatoare și a familiilor de computere cu interfețe diferite pe coloana vertebrală a sistemului. În același timp, producătorii de dispozitive funcționale se află într-o situație dificilă. Au trebuit să producă produse industriale diferite cu aceleași funcții. Pentru reducerea costurilor de producție s-a găsit următoarea soluție. Dispozitivul funcțional este împărțit în 2 părți (Fig. 18.2.2.). Prima parte are toate funcțiile necesare și are o interfață permanentă de bază. Această parte este cea mai complexă și, de regulă, determină costul întregului dispozitiv funcțional. A doua parte, numită controlor, oferă doar coordonarea interfeței hardware de bază a dispozitivului funcțional cu interfața magistralei de sistem a unei anumite platforme de computer.
Astfel, un producător poate produce un produs complex și mai multe simple, care asigură utilizarea unui dispozitiv complex în calculatoare cu interfețe de magistrală de sistem diferite.
Orez. 18.2.2.
Această idee a fost dezvoltată în raport cu afișajele (Fig. 18.2.3.). Controller - adaptor video (controller video) este un produs atât de complex încât este produs de terți producători, dar interfața sa cu afișaje este standardizată. Din acest motiv, producătorii de afișaje nu produc controlere video.
Agenția Federală pentru Educație
Educațional de stat
instituție de învățământ profesional superior
„Universitatea Politehnică din Tomsk”
Facultatea de AVT
Departamentul de VT
„STARE ACTUALĂ, ORGANIZARE STRUCTURALĂ ȘI FUNCȚIONALĂ ȘI PERSPECTIVE DE DEZVOLTARE A PC-urilor DESKTOP.”
Introducere……………………………………………………………………………………………..3
I. Organizarea funcțională și structurală a PC…………………………………4
II. Starea actuală a PC-urilor desktop……………………………..14
III. Perspective de dezvoltare a PC-urilor desktop……………………………...16
Concluzie………………………………………………………………………….19
Referințe………………………………………………………..20
Introducere
În zilele noastre, când tehnologia calculatoarelor se dezvoltă într-un ritm rapid, au apărut multe arhitecturi noi, „varietăți” de computere, iar dacă un dispozitiv aparține unuia sau altuia determină scopul și sarcinile care îi sunt atribuite.
În ultimii ani, computerele personale desktop (PC-uri) au devenit larg răspândite. Strict vorbind, un computer este un set de instrumente tehnice și software concepute pentru prelucrarea automată a informațiilor în procesul de rezolvare a problemelor informatice și informatice. Arhitectura computerului se referă la organizarea funcțională și structurală generală a mașinii, care determină metodele de codificare a datelor, compoziția, scopul și principiile interacțiunii dintre hardware și software. Pentru orice computer, inclusiv pentru un PC desktop, se pot distinge următoarele componente arhitecturale importante:
1. Capacitățile funcționale și logice ale procesorului (sistem de comandă, formate de comandă și date, metode de adresare, adâncimea de biți a cuvintelor procesate etc.)
2. Organizarea structurală și principiile managementului hardware (procesor central, memorie, intrare/ieșire, interfață de sistem etc.)
3. Software (sistem de operare, traducători de limbaje de programare, aplicații software)
În acest eseu voi lua în considerare structura și posibilitățile de dezvoltare ulterioară ale computerelor desktop.
Avantajele unui PC sunt:
- cost redus, la îndemâna unui cumpărător individual;
- autonomie de funcționare fără cerințe speciale pentru condițiile de mediu;
- flexibilitatea arhitecturii, asigurând adaptabilitatea acesteia la o varietate de aplicații în domeniul managementului, științei, educației și vieții de zi cu zi;
- „Utilitatea” sistemului de operare și a altor software-uri, ceea ce face posibil ca utilizatorul să lucreze cu acesta fără o pregătire profesională specială;
- fiabilitate operațională ridicată (mai mult de 5 mii de ore între defecțiuni).
eu . Organizarea structurală și funcțională a PC-ului
Să luăm în considerare compoziția și scopul principalelor blocuri PC:
Schema bloc a unui computer personal
Microprocesor (MP). Aceasta este o unitate centrală PC concepută pentru a controla funcționarea tuturor blocurilor de mașini și pentru a efectua operații aritmetice și logice asupra informațiilor.
Microprocesorul include:
- dispozitiv de control (UU)- generează și furnizează tuturor unităților mașinii la momentele potrivite anumite semnale de comandă (impulsuri de control), determinate de specificul operației care se execută și de rezultatele operațiilor anterioare; generează adrese ale celulelor de memorie utilizate de operația în curs de desfășurare și transmite aceste adrese către blocurile de calculator corespunzătoare; dispozitivul de control primește o secvență de referință de impulsuri de la generatorul de impulsuri de ceas;
- unitate logică aritmetică (ALU)- conceput pentru a efectua toate operațiunile aritmetice și logice pe informații numerice și simbolice (la unele modele de PC, un ALU suplimentar este conectat la ALU pentru a accelera execuția operațiilor coprocesor matematic);
- memorie cu microprocesor (MPP)- servește pentru stocarea, înregistrarea și scoaterea pe termen scurt a informațiilor utilizate direct în calcule în următoarele cicluri de funcționare a mașinii. MPP este construit pe registre și este folosit pentru a asigura viteza mare a mașinii, deoarece memoria principală (RAM) nu oferă întotdeauna viteza de scriere, căutare și citire a informațiilor necesară pentru funcționarea eficientă a unui microprocesor de mare viteză. Registrele- celule de memorie de mare viteză de diferite lungimi (spre deosebire de celulele OP, care au o lungime standard de 1 octet și o viteză mai mică);
- sistem de interfață cu microprocesor- implementează împerecherea și comunicarea cu alte dispozitive PC; include o interfață MP internă, registre de stocare tampon și circuite de control pentru porturile de intrare/ieșire (I/O) și magistrala de sistem. Interfață(interfață) - un set de mijloace pentru împerecherea și comunicarea dispozitivelor informatice, asigurând interacțiunea eficientă a acestora. Port I/O (I/O ≈ Port de intrare/ieșire)- echipament de interfață care vă permite să conectați un alt dispozitiv PC la microprocesor.
Generator de ceas. Acesta generează o succesiune de impulsuri electrice; frecvența impulsurilor generate determină frecvența de ceas a mașinii. Intervalul de timp dintre impulsurile adiacente determină timpul unui ciclu de funcționare a mașinii sau pur și simplu ciclu de funcționare a mașinii .
Frecvența generatorului de impulsuri de ceas este una dintre principalele caracteristici ale unui computer personal și determină în mare măsură viteza de funcționare a acestuia, deoarece fiecare operație din mașină este efectuată într-un anumit număr de cicluri de ceas.
Autobuz de sistem. Acesta este sistemul principal de interfață al unui computer, asigurând împerecherea și comunicarea tuturor dispozitivelor sale între ele.
Busul de sistem include:
- magistrala de date cod(KSD), care conține fire și circuite de interfață pentru transmiterea în paralel a tuturor biților codului numeric (cuvântul mașină) ai operandului;
- magistrală de cod de adresă(KSA), inclusiv fire și circuite de interfață pentru transmiterea în paralel a tuturor biților codului de adresă al unei celule de memorie principală sau a unui port de intrare/ieșire al unui dispozitiv extern;
- magistrală de cod de instrucțiuni(KShI), care conține fire și circuite de interfață pentru transmiterea instrucțiunilor (semnale de control, impulsuri) către toate blocurile mașinii;
- magistrala de alimentare, având fire și circuite de interfață pentru conectarea unităților PC la sistemul de alimentare cu energie.
Busul de sistem oferă trei direcții de transfer de informații:
1) între microprocesor și memoria principală;
2) între microprocesor și porturile de intrare/ieșire ale dispozitivelor externe;
3) între memoria principală și porturile I/O ale dispozitivelor externe (în modul de acces direct la memorie).
Toate blocurile, sau mai degrabă porturile lor I/O, sunt conectate la magistrală în același mod prin conectorii (articulații) unificați corespunzători: direct sau prin controlere (adaptoare). Busul de sistem este controlat de microprocesor fie direct, fie, mai des, printr-un cip suplimentar - controler de autobuz, generarea principalelor semnale de control. Schimbul de informații între dispozitivele externe și magistrala de sistem se realizează folosind coduri ASCII.
Memoria principală (RAM). Este conceput pentru stocarea și schimbul prompt de informații cu alte unități ale mașinii. OP conține două tipuri de dispozitive de stocare: memorie doar pentru citire (ROM) și memorie cu acces aleatoriu (RAM).
ROM servește pentru a stoca informații de referință și de program neschimbabile (permanente); vă permite să citiți rapid doar informațiile stocate în acesta (informațiile din ROM nu pot fi modificate).
RAM conceput pentru înregistrarea, stocarea și citirea online a informațiilor (programe și date) direct implicate în procesul de informare și calcul efectuat de un PC în perioada curentă de timp. Principalele avantaje ale RAM sunt viteza mare și capacitatea de a accesa fiecare celulă de memorie separat (acces direct la adresă la celulă). Ca un dezavantaj al RAM, trebuie remarcat faptul că este imposibil să stocați informații în ea după oprirea puterea mașinii (dependență de volatilitate).
Memorie externa. Se referă la dispozitivele externe ale PC-ului și este utilizat pentru stocarea pe termen lung a oricăror informații care ar putea fi vreodată necesare pentru a rezolva probleme. În special, toate programele de calculator sunt stocate în memorie externă. Memoria externă conține diferite tipuri de dispozitive de stocare, dar cele mai comune, disponibile pe aproape orice computer, sunt unitățile de hard disk (HDD) și unitățile de dischetă (FLMD).
Scopul acestor unități este de a stoca cantități mari de informații, de a înregistra și de a elibera informațiile stocate la cerere într-un dispozitiv de memorie cu acces aleatoriu. Unitățile de hard disk și unitățile de disc plat diferă doar prin design, volumul de informații stocate și timpul necesar pentru a căuta, înregistra și citi informații.
Dispozitivele de stocare pe bandă magnetică casete (streamere), unitățile de disc optice (CD-ROM - Compact Disk Read Only Memory - CD cu memorie read-only), etc. sunt, de asemenea, folosite ca dispozitive de memorie externă.
Alimentare electrică. Acesta este un bloc care conține sisteme de alimentare autonome și de rețea pentru un PC.
Temporizator. Acesta este un ceas electronic în mașină care asigură, dacă este necesar, înregistrarea automată a momentului curent (an, lună, ore, minute, secunde și fracțiuni de secundă). Cronometrul este conectat la o sursă de alimentare autonomă - o baterie și continuă să funcționeze atunci când mașina este deconectată de la rețea.
Dispozitive externe (ED). Aceasta este cea mai importantă componentă a oricărui complex de calcul. Este suficient să spunem că din punct de vedere al costului, VC-urile reprezintă uneori 50-80% din totalul PC. Compoziția și caracteristicile VC depind în mare măsură de posibilitatea și eficacitatea utilizării PC-urilor în sistemele de control și în economia națională ca un întreg.
Unitățile de control PC asigură interacțiunea mașinii cu mediul; utilizatori, obiecte de control și alte computere. VE-urile sunt foarte diverse și pot fi clasificate în funcție de o serie de caracteristici. Astfel, în funcție de scop, se pot distinge următoarele tipuri de dispozitive:
- dispozitive de stocare externe (ESD) sau memorie externă pentru computer;
- instrumente de dialog pentru utilizator;
- dispozitive de introducere a informațiilor;
- dispozitive de ieșire a informațiilor;
- mijloace de comunicații și telecomunicații.
Instrumente de dialog dispozitivele utilizatorului includ monitoare video (afișaje), mai rar mașini de scris cu telecomandă (imprimante cu tastaturi) și dispozitive de intrare/ieșire a vorbirii.
Monitor video (afisaj) - un dispozitiv pentru afișarea informațiilor de intrare și de ieșire de la un PC.
Dispozitive de intrare/ieșire vocală aparțin mediilor cu creștere rapidă. Dispozitivele de intrare a vorbirii sunt diverse sisteme acustice de microfon, „șoareci de sunet”, de exemplu, cu software complex care le permite să recunoască literele și cuvintele rostite de o persoană, să le identifice și să le codifice.
Dispozitivele de ieșire a vorbirii sunt diverse sintetizatoare de sunet care convertesc codurile digitale în litere și cuvinte care sunt reproduse prin difuzoare (difuzoare) sau difuzoare conectate la un computer.
La dispozitivele de introducere a informațiilor raporta:
- tastatură- un dispozitiv pentru introducerea manuală a informațiilor numerice, text și de control într-un computer;
- tablete grafice (digitizatoare)- pentru introducerea manuală a informațiilor grafice și a imaginilor prin deplasarea unui indicator (pen) special pe tabletă; când mutați stiloul, coordonatele locației sale sunt citite automat și aceste coordonate sunt introduse în computer;
- scanere(mașini de citit) - pentru citirea automată de pe suport de hârtie și introducerea de texte dactilografiate, grafice, imagini, desene într-un computer; în dispozitivul de codare a scanerului în modul text, caracterele citite, după compararea cu contururile de referință prin programe speciale, sunt convertite în coduri ASCII, iar în modul grafic, graficele citite și desenele sunt convertite în secvențe de coordonate bidimensionale;
- manipulatori(dispozitive de indicare): joystick - maneta, mouse, trackball - minge într-un cadru, pix usor etc. - pentru a introduce informații grafice pe ecranul de afișare controlând mișcarea cursorului pe ecran, urmată de codificarea coordonatelor cursorului și introducerea lor în computer;
- ecrane tactile- pentru introducerea elementelor individuale de imagine, programe sau comenzi dintr-un afișaj cu ecran divizat într-un computer.
- LA dispozitive de ieșire a informațiilor raporta:
- imprimante- dispozitive de imprimare pentru înregistrarea informațiilor pe hârtie;
- plotteri (plotteri)- pentru a scoate pe hârtie informații grafice (grafice, desene, desene) de pe un computer; Există plotere vectoriale cu imagini de desenat folosind un stilou și plotere raster: termografice, electrostatice, cu jet de cerneală și laser. Prin proiectare, plotterele sunt împărțite în plottere plat și tambur. Principalele caracteristici ale tuturor plotterelor sunt aproximativ aceleași: viteza de plotare - 100 - 1000 mm/s, cele mai bune modele au imagini color și transmisie semiton; Ploterele cu laser au cea mai mare rezoluție și claritate a imaginii, dar sunt cele mai scumpe.
Dispozitive comunicatii și telecomunicații sunt utilizate pentru comunicarea cu dispozitive și alte echipamente de automatizare (adaptoare de interfață, adaptoare, convertoare digital-analogic și analog-digital etc.) și pentru conectarea PC-urilor la canale de comunicație, la alte calculatoare și rețele de calculatoare (plăci de interfață de rețea). , „articulații” „, multiplexoare de transmisie de date, modemuri).
Multe dintre dispozitivele menționate mai sus aparțin unui grup selectat condiționat - multimedia.
Multimedia(multimedia - multimedia) este un set de hardware și software care permite unei persoane să comunice cu un computer folosind o varietate de medii naturale: sunet, video, grafică, texte, animație etc.
Mijloacele multimedia includ dispozitive de intrare și ieșire a vorbirii; scanere care sunt deja răspândite (din moment ce permit introducerea automată a textelor și desenelor tipărite într-un computer); plăci video (video) și sunet (sunet) de înaltă calitate, plăci de captură video (videograbber), care captează imagini de la un VCR sau o cameră video și le introduc într-un PC; sisteme de reproducere acustică și video de înaltă calitate cu amplificatoare, difuzoare de sunet, ecrane video mari. Dar, poate, cu un motiv și mai mare, multimedia include dispozitive externe de stocare de mare capacitate, adesea folosite pentru a înregistra informații audio și video.
În zilele noastre, CD-urile, DVD-urile, precum și unitățile flash, care au devenit larg răspândite în ultima perioadă, sunt folosite pentru a înregistra, stoca și reproduce informații. Ușurința de utilizare, dimensiunile minime, creșterea capacității de memorie și scăderea prețului îl pun pe acesta din urmă dincolo de concurență și este foarte posibil ca în viitor acest lucru să ducă la deplasarea discurilor optice de pe piață, deoarece anterior CD-urile înlocuiau dischetele.
Scheme suplimentare. La magistrala de sistem și la PC MP împreună cu tipic dispozitivele externe pot fi conectate și unele adiţional plăci cu circuite integrate care extind și îmbunătățesc funcționalitatea microprocesorului: coprocesor matematic, controler de acces direct la memorie, coprocesor de intrare/ieșire, controler de întrerupere etc.
Coprocesor matematic utilizat pe scară largă pentru executarea accelerată a operațiilor pe numere binare în virgulă mobilă, pe numere zecimale codificate binar și pentru calcularea unor funcții transcendentale, inclusiv trigonometrice. Coprocesorul matematic are propriul sistem de comandă și funcționează în paralel (împărtășit în timp) cu MP principal, dar sub controlul acestuia din urmă. Operațiunile sunt accelerate de zece ori. Cele mai recente modele MP, începând cu MP 80486 DX, includ un coprocesor în structura lor.
Controler de acces direct la memorie eliberează MP de controlul direct al unităților de disc magnetice, ceea ce crește semnificativ performanța efectivă a computerului. Fără acest controler, schimbul de date între VSD și RAM se realizează prin registrul MP, iar dacă acesta este prezent, datele sunt transferate direct între VSD și RAM, ocolind MP.
Coprocesor I/O datorită lucrului în paralel cu MP-ul, accelerează semnificativ execuția procedurilor I/O atunci când deservesc mai multe dispozitive externe (display, imprimantă, HDD, HDD etc.); eliberează MP de procesarea procedurilor I/O, inclusiv implementarea modului de acces direct la memorie.
Controlerul de întrerupere joacă un rol vital într-un PC.
Întrerupe- oprirea temporară a execuției unui program în scopul executării prompte a altuia, program mai important (prioritario) în prezent.
Întreruperile apar în mod constant când computerul funcționează. Este suficient să spunem că toate procedurile de intrare/ieșire a informațiilor sunt efectuate folosind întreruperi, de exemplu, întreruperile temporizatorului apar și sunt deservite de controlerul de întrerupere de 18 ori pe secundă (în mod firesc, utilizatorul nu le observă).
Controler de întrerupere servește procedurile de întrerupere, primește o cerere de întrerupere de la dispozitivele externe, determină nivelul de prioritate al acestei solicitări și emite un semnal de întrerupere către MP. MP, după ce a primit acest semnal, suspendă execuția programului curent și trece la executarea unui program special pentru deservirea întreruperii solicitate de dispozitivul extern. După finalizarea programului de întreținere, programul întrerupt este reluat. Controlerul de întrerupere este programabil.
Elemente de design PC
Din punct de vedere structural, PC-urile sunt realizate sub forma unei unități de sistem centrală, la care dispozitivele externe sunt conectate prin conectori: dispozitive de memorie suplimentare, tastatură, afișaj, imprimantă etc.
Unitate de sistem include de obicei placa de sistem, sursa de alimentare, unități de disc, conectori pentru accesorii și plăci de expansiune cu controlere - adaptoare de dispozitive externe.
Pe placa de sistem(adesea numit placa de baza Placa mamă), de regulă, se află:
- microprocesor;
- coprocesor matematic;
- generator de ceas;
- blocuri RAM și ROM (cipuri);
- adaptoare pentru tastatură, HDD și HDD;
- controler de întrerupere;
- cronometru etc.
Specificații funcționale PC
Principalele caracteristici ale PC-ului sunt:
1. Viteza, performanta, viteza ceasului.
Unități de performanță servi:
- MIPS (MIPS - Mega Instruction Per Second) - un milion de operații pe numere cu un punct fix (punct);
- MFLOPS (Mega Floating Operations Per Second) - un milion de operații pe numere în virgulă mobilă (punct);
- KOPS (KOPS - Kilo Operations Per Second) pentru calculatoare cu performanță scăzută - o mie de anumite operații medii pe numere;
- GFLOPS (Giga Floating Operations Per Second) - miliarde de operații pe secundă pe numere în virgulă mobilă (punct).
Evaluarea performanțelor calculatorului este întotdeauna aproximativă, deoarece în acest caz ele sunt ghidate de anumite tipuri de operații medii sau, dimpotrivă, specifice. În realitate, se folosesc diferite seturi de operații pentru a rezolva diferite probleme. Prin urmare, pentru a caracteriza un PC, în loc de performanță, acestea indică de obicei frecvența ceasului, care determină mai obiectiv viteza mașinii, deoarece fiecare operațiune necesită un număr foarte anumit de cicluri de ceas pentru a fi finalizată. Cunoscând frecvența ceasului, puteți determina destul de precis timpul de execuție al oricărei operațiuni a mașinii.
2. Capacitatea de biți a mașinii și a magistralelor de cod de interfață.
Adâncime de biți≈ acesta este numărul maxim de biți ai unui număr binar pe care poate fi efectuată simultan o operație de mașină, inclusiv operația de transmitere a informațiilor; Cu cât adâncimea de biți este mai mare, cu atât performanța PC-ului va fi mai mare, cu toate celelalte lucruri.
3. Tipuri de sistem și interfețe locale.
Diferite tipuri de interfețe oferă viteze diferite de transfer de informații între nodurile mașinii, vă permit să conectați un număr diferit de dispozitive externe și diferitele tipuri ale acestora.
4. Capacitate RAM.
Capacitatea RAM este măsurată cel mai adesea în megaocteți (MB), mai rar în kiloocteți (KB). 1 MB = 1024 KB = 1024 2 octeți.
Multe programe de aplicații moderne cu o capacitate RAM mai mică de 8 MB pur și simplu nu funcționează sau funcționează, dar foarte încet.
Trebuie avut în vedere faptul că creșterea capacității memoriei principale de 2 ori, printre altele, crește performanța efectivă a computerului la rezolvarea problemelor complexe de aproximativ 1,7 ori.
5. Capacitatea unității de disc (hard disk). Capacitatea hard disk-ului este de obicei măsurată în megaocteți sau gigaocteți (1 GB = 1024 MB).
Potrivit experților, multe produse software din 1997 vor necesita până la 1 GB de memorie externă pentru a funcționa.
6. Tip Și capacitatea unităților de dischetă.
În zilele noastre se folosesc în principal unitățile de dischete, folosind dischete cu diametrul de 3,5 și 5,25 inchi (1 inch = 25,4 mm). Primele au o capacitate standard de 1,44 MB, cele din urmă - 1,2 MB.
7. Tipuri și capacitatea memoriei cache.
Memorie cache este o memorie tampon, care nu este accesibilă utilizatorului, de mare viteză, care este utilizată automat de computer pentru a accelera operațiunile cu informațiile stocate în dispozitive de stocare mai lente. De exemplu, pentru a accelera operațiunile cu memoria principală, se organizează o memorie cache de registru în interiorul microprocesorului (memorie cache de prim nivel) sau în afara microprocesorului de pe placa de bază (memorie cache de nivel al doilea); Pentru a accelera operațiunile cu memoria de disc, memoria cache este organizată pe celule de memorie electronică.
Rețineți că prezența unei memorie cache de 256 KB crește performanța computerului cu aproximativ 20%.
8. Tip de monitor video (display) și adaptor video.
9.Tip de imprimantă.
10.Disponibilitatea unui coprocesor matematic.
Coprocesorul matematic vă permite să accelerați de zeci de ori execuția operațiilor pe numere binare în virgulă mobilă și numere zecimale codificate binar.
11. Software-ul disponibil și tipul de sistem de operare
12. Compatibilitate hardware și software cu alte tipuri de computere.
Compatibilitatea hardware și software cu alte tipuri de calculatoare înseamnă capacitatea de a utiliza pe un computer, respectiv, aceleași elemente tehnice și software ca pe alte tipuri de mașini.
13. Abilitatea de a lucra într-o rețea de calculatoare
14. Abilitatea de a lucra în modul multitasking.
Modul multitasking vă permite să efectuați calcule simultan pe mai multe programe (modul multi-program) sau pentru mai mulți utilizatori (modul multi-utilizator). Combinarea timpului de funcționare a mai multor dispozitive ale mașinii, care este posibilă în acest mod, poate crește semnificativ viteza efectivă a computerului.
15. Fiabilitate.
Fiabilitatea este capacitatea unui sistem de a îndeplini pe deplin și corect toate funcțiile atribuite. Fiabilitatea PC-ului este de obicei măsurată prin timpul mediu dintre defecțiuni.
16. Preț.
17. Dimensiuni si greutate.
II . Starea PC-ului desktop
În stadiul actual al dezvoltării PC-ului, se pot distinge două platforme principale: Wintel și Apple.
Cea mai comună este platforma Wintel bazată pe procesoare x86 datorită versatilității și costului său. Această platformă are multe clone, de ex. calculatoare similare produse de diverse companii din SUA, Europa de Vest, Rusia, Japonia etc.
Platforma Apple este reprezentată de computerele Macintosh, care sunt destul de populare în Occident. Ocupă o nișă destul de îngustă, dar destul de stabilă pe piața mondială.
Diferențele formale dintre platforme sunt tipul de procesor și sistemul de operare. Macintosh folosește o arhitectură de procesor RISC și un nucleu de sistem de operare asemănător UNIX. Cu toate acestea, în ultimii ani, din punct de vedere hardware, aceste două platforme se apropie treptat. Prin urmare, principala diferență poate fi considerată cantitatea de hardware și software produsă în lume, unde Wintel este dincolo de concurență. Apple are un număr mic de modele high-end și este, de asemenea, semnificativ inferior în ceea ce privește cantitatea de software produsă. De aici rezultă că, cu un computer Wintel, puteți efectua orice operațiune, dar nu întotdeauna rapid și convenabil. Pe Apple, aceeași operațiune poate fi făcută fie rapid, fie deloc.
Iată câteva exemple de modele de PC care sunt populare astăzi:
· Hacker Ph945
Platforma este construită pe baza ASUS M4A78, o placă de bază de nivel mediu de înaltă calitate bazată pe chipset-ul AMD 770 cu suport DDR2. Este bine echipat, dar fără bibelouri. Printre caracteristicile practice, remarcăm prezența unui S/PDIF optic și a unui port eSATA pe panoul din spate. Sistemul folosește procesorul quad-core AMD Phenom II X4 945 recent anunțat, cu putere de procesare decentă și 4 GB RAM. Subsistemul video este, de asemenea, la înălțime. Adaptoarele grafice GeForce GTS 250 sunt potrivite pentru PC-uri optime; cu un raport preț/performanță foarte bun, sunt capabile să ofere un număr confortabil de cadre pe secundă în cele mai recente jocuri.
Combinația Phenom II X4 945 + GeForce GTS 250 a funcționat în general foarte bine în timpul testării. Probabil, în această combinație există o ușoară părtinire către un procesor puțin mai puternic, dar capacitățile sale vor fi utile în sarcini multi-threaded non-gaming.
Sistemul este asamblat într-o carcasă Microlab M4812. Acest model este destul de interesant ca aspect și practic de utilizat. Pe panoul frontal, în compartimentul pentru dispozitive de 3,5 inci, există un cititor de carduri multi-format Samsung SFD-321F/T4XB, care vă permite să lucrați cu carduri flash de toate tipurile obișnuite. Aici, pe partea din față, există un regulator de viteză analogic pentru ventilatorul de 120 mm montat pe peretele din spate al carcasei. Capacitățile sursei de alimentare sunt destul de suficiente pentru ca configurația propusă să funcționeze, dar fără prea multă rezervă. Modelul M-ATX-420W respectă standardul ATX 1.3, care nu implică sarcini mari pe linia de 12 V folosită de plăcile video moderne și sistemele de alimentare ale CPU. În configurația luată în considerare, consumul de energie al computerului în modul inactiv este de aproximativ 120 W, crescând la 270 W în scenele „grele” în Crysis.
Sistemul nu este silențios; în modul de așteptare, computerul funcționează destul de liniștit; sub sarcină, ventilatoarele sursei de alimentare și ale plăcii video devin mai active, deși, în general, nivelul de zgomot este „sub medie”.
· Dell HPS 730 H2C
Dell și-a actualizat linia de computere pentru jocuri XPS 730 H2C. Într-o carcasă solidă din aluminiu, inginerii au plasat o placă de bază bazată pe chipset-ul NVIDIA nForce 790i Ultra SLI cu un procesor Intel Core 2 Extreme instalat (overclockat din fabrică), o pereche de plăci video ATI Radeon HD 3870 X2 sau NVIDIA GeForce 8800GT SLI și Corsair DOMINATOR RAM DDR3. Sistemul de răcire H2C utilizat în PC este unic și este rezultatul unei dezvoltări comune de către Dell, Intel, Delphi și CoolIT. 
Piața globală a computerelor desktop este cea mai mare, dar în ultimii ani a trecut printr-o criză acută din cauza scăderii cererii pentru produsele sale. PC-urile mobile devin din ce în ce mai populare. Acest lucru se datorează creșterii productivității computerelor mobile și scăderii simultane a prețurilor acestora.
III . Perspective pentru dezvoltarea computerelor desktop
Datorită creșterii anuale a procentului vânzărilor de laptopuri, se poate părea că PC-urile mobile le pot înlocui în curând pe cele desktop. Cu toate acestea, experții consideră că este prea devreme pentru a șterge computerele desktop. În ciuda creșterii productivității computerelor mobile, dezvoltarea computerelor desktop nu încetinește nici.
Popularitatea laptopurilor se explică în primul rând prin concentrarea lor pe rezolvarea acelor sarcini care nu pot fi satisfăcute de un computer de acasă (care, la rândul său, este asociat cu posibilitatea de alimentare autonomă a laptopurilor). Cu toate acestea, trebuie spus că un computer desktop este caracterizat în primul rând de performanță, ceea ce permite utilizatorului să efectueze aproape orice sarcină pe el. Un PC mobil trebuie să aibă o serie de caracteristici suplimentare (cum ar fi greutatea, dimensiunile, durata de viață a bateriei), care relevă performanța pe fundal. În plus, actualizarea unui laptop este dificilă: poate fi dificil de implementat sau pur și simplu imposibil.
|
|||||||||||||||||||||||||||||
| Caracteristici comparative ale laptopurilor și computerelor desktop |
|||||||||||||||||||||||||||||
| Avand in vedere factorii de pret, performanta, upgrade-uri, reparatii si altele, trebuie recunoscut ca pentru a obtine un sistem echilibrat si productiv este mai practic sa achizitionati un PC desktop. Dacă mobilitatea și toți factorii însoțitori sunt importanți, cumpărarea unui laptop ar fi cea mai bună alegere. Sistemul desktop nu numai că vă va permite să rezolvați probleme extrem de complexe, dar vă va oferi și capacitatea de a se adapta pentru a se potrivi sarcinilor în schimbare. Atunci când preziceți viitorul previzibil al computerelor personale în ceea ce privește extinderea capacităților lor, este necesar să se țină seama de astfel de domenii precum: · Creșterea performanței procesorului; · Miniaturizarea procesoarelor; · Introducerea datelor folosind gesturi și vorbire; · Capacitate crescută a hard diskului și densitate de înregistrare; · Reducerea dimensiunilor PC-ului; · Introducerea nanotehnologiilor, calculului biomolecular și cuantic. Concluzie Dezvoltarea ulterioară a computerelor personale desktop în direcțiile de mai sus va duce, fără îndoială, la o schimbare nu numai în aspectul lor, ci și, foarte posibil, la noi algoritmi de calcul și la un nou concept al computerului în ansamblu. De asemenea, nu există nicio îndoială că, în timp, majoritatea utilizatorilor vor trece la computere auto-alimentate. Dar acest lucru se va întâmpla atunci când PC-urile mobile au caracteristici suficient de înalte pentru a înlocui complet computerele desktop. Cu toate acestea, PC-urile desktop de astăzi au multe drumuri de parcurs, iar majoritatea producătorilor continuă să le îmbunătățească. Bibliografie 1. Cheredov A.D. Organizarea calculatoarelor și sistemelor: Manual. – Tomsk: TPU, 2005. P. 3 – 30. 2. Hardware PC Murakhovsky V.I. Noi oportunitati. – Sankt Petersburg: Peter, 2005. p. 27 – 191. 3. PC de acasă: Revista online. - http://www.dpk.com.ua/ 4. Computerra: Revista online. – Sf. „PC (perspective și contururi) viitor.” - http://offline.computerra.ru/2002/426/15178/ |
|||||||||||||||||||||||||||||
În ciuda varietății enorme a tehnologiei de calcul și a îmbunătățirii sale neobișnuit de rapidă, principiile fundamentale ale proiectării mașinilor rămân în mare parte neschimbate. În special, începând din primele generații, orice computer personal este format din următoarele dispozitive principale: procesor, memorie (internă și externă) și dispozitive de intrare și ieșire. Să aruncăm o privire mai atentă asupra scopului fiecăruia dintre ele.
Procesorul este dispozitivul principal al computerului
Procesorul este dispozitivul principal al computerului, în care sunt procesate efectiv toate tipurile de informații. O altă funcție importantă a procesorului este aceea de a asigura acțiunea coordonată a tuturor nodurilor care alcătuiesc computerul. În consecință, cele mai importante părți ale procesorului sunt unitatea aritmetică-logică ALU și unitatea de control CU.
Fiecare procesor este capabil să execute un set foarte specific de instrucțiuni universale, cel mai adesea numite instrucțiuni de mașină. Ce este exact acest set este determinat de designul unui anumit procesor, dar nu este foarte mare și este practic similar pentru diferite procesoare. Munca unui computer personal constă în executarea unei secvențe de astfel de comenzi pregătite sub forma unui program. Procesorul este capabil să organizeze citirea comenzii următoare, analiza și execuția acesteia și, de asemenea, dacă este necesar, să primească date sau să trimită rezultatele prelucrării lor către dispozitivul necesar. Procesorul însuși trebuie să aleagă și ce instrucțiune de program să execute în continuare, iar rezultatul acestei alegeri poate depinde adesea de informațiile care sunt procesate în prezent.
Deși există întotdeauna celule speciale (registre) în interiorul procesorului pentru stocarea operațională a datelor procesate și a unor informații de serviciu, în mod deliberat nu oferă spațiu pentru stocarea programului. Un alt dispozitiv folosit într-un computer în acest scop important este memoria. Să luăm în considerare doar cele mai importante tipuri de memorie pentru computer, deoarece gama sa se extinde constant și se completează cu tot mai multe tipuri noi.
Memoria în general este concepută pentru a stoca atât date, cât și programe pentru procesarea lor: conform principiului fundamental von Neumann, un singur dispozitiv este utilizat pentru ambele tipuri de informații.
Memoria computerului
Începând de la primele computere personale, memoria a fost imediat împărțită în internă și externă. Din punct de vedere istoric, acest lucru a fost într-adevăr asociat cu plasarea în interiorul sau în afara dulapului procesorului. Cu toate acestea, pe măsură ce dimensiunea mașinilor a scăzut, un număr tot mai mare de dispozitive au putut fi plasate în interiorul carcasei procesorului principal, iar sensul direct inițial al acestei diviziuni s-a pierdut treptat. Cu toate acestea, terminologia a fost păstrată.
Memoria interioară
Memoria internă a unui computer modern este de obicei înțeleasă ca memorie electronică de mare viteză situată pe placa sa de bază. Acum, o astfel de memorie este fabricată pe baza celor mai moderne tehnologii semiconductoare (anterior, erau folosite dispozitive magnetice bazate pe miezuri de ferită - dovadă suplimentară că principiile fizice specifice nu contează). Cea mai esențială parte a memoriei interne se numește RAM - memorie cu acces aleatoriu. Scopul său principal este de a stoca date și programe pentru problemele în curs de rezolvare. Probabil că fiecare utilizator știe că atunci când alimentarea este oprită, conținutul memoriei RAM se pierde complet. Pe lângă RAM, memoria internă a unui computer modern include și alte tipuri de memorie. Aici vom menționa doar memoria read-only (ROM), care, în special, stochează informațiile necesare pentru a porni inițial computerul când este pornit. După cum reiese din denumire, informațiile din ROM nu depind de starea computerului (pentru o mai bună înțelegere, puteți sublinia o oarecare analogie între informațiile din ROM și reflexele „înnăscute” necondiționate la ființe vii). Anterior, conținutul ROM-ului se forma o dată pentru totdeauna în fabrică, dar acum tehnologiile moderne fac posibilă, dacă este necesar, actualizarea acestuia fără măcar a-l scoate de pe placa computerului.
Memorie externa
Memoria externă este implementată sub forma unei varietăți de dispozitive de stocare a informațiilor și este de obicei proiectată sub formă de blocuri independente. Aceasta, în primul rând, ar trebui să includă unități de pe dischete și discuri magnetice hard (utilizatorii le numesc adesea pe acestea din urmă în mod oarecum jargon hard disk), precum și unități optice (dispozitive pentru lucrul cu CD-ROM-uri). Dispozitivele de memorie externă au părți mobile mecanice și, prin urmare, funcționează la viteze semnificativ mai mici decât memoria internă complet electronică. Cu toate acestea, memoria externă vă permite să stocați cantități uriașe de informații pentru o utilizare ulterioară. Subliniem că informația din memoria externă este, în primul rând, destinată computerului însuși și, prin urmare, este stocată într-o formă convenabilă pentru acesta; o persoană care nu folosește o mașină nu poate, de exemplu, să-și imagineze nici măcar de la distanță conținutul unei dischete sau CD ROM fără etichetă.
Sistemele software moderne sunt capabile să combine memoria internă și cea externă într-un singur întreg, astfel încât informațiile cele mai rar utilizate să ajungă într-o memorie externă care funcționează mai lentă. Această metodă face posibilă extinderea foarte semnificativă a volumului de informații procesate cu ajutorul unui computer.
Dacă procesorul este suplimentat cu memorie, atunci un astfel de sistem poate fi deja operațional. Dezavantajul său semnificativ este incapacitatea de a afla ceva despre ceea ce se întâmplă în interiorul unui astfel de sistem. Pentru a obține informații despre rezultate, este necesară completarea computerului cu dispozitive de ieșire care să permită prezentarea acestora într-o formă accesibilă percepției umane. Cel mai comun dispozitiv de ieșire este un afișaj care poate afișa rapid și eficient atât text, cât și informații grafice pe ecran. Pentru a obține o copie a rezultatelor pe hârtie, se folosește un dispozitiv de imprimare sau o imprimantă.
Dispozitive de intrare
În cele din urmă, deoarece utilizatorul trebuie adesea să introducă informații noi în sistemul informatic, sunt necesare și dispozitive de intrare. Cel mai simplu dispozitiv de intrare este tastatura. Utilizarea pe scară largă a programelor de interfață grafică a contribuit la popularitatea unui alt dispozitiv de intrare - mouse-ul. În cele din urmă, un dispozitiv modern foarte eficient pentru introducerea automată a informațiilor într-un computer este un scaner, care vă permite nu numai să convertiți o imagine dintr-o coală de hârtie într-un fișier grafic de computer, ci și, folosind un software special, să recunoașteți textul în citiți imaginea și salvați-o într-o formă potrivită pentru editare într-un editor de text obișnuit.
Schema funcțională a unui computer modern
Acum că știm dispozitivele de bază ale unui computer și funcțiile acestora, rămâne să aflăm cum interacționează între ele. Pentru a face acest lucru, să ne întoarcem la diagrama funcțională a unui computer modern prezentat în figură.
Poza 1
Pentru a conecta principalele dispozitive computerizate între ele, se folosește o autostradă specială a informațiilor, numită de obicei autobuz de ingineri. Anvelopa este formată din trei părți:
magistrala de adresă, pe care este setată adresa celulei de memorie sau a dispozitivului necesar cu care vor fi schimbate informații;
o magistrală de date prin care vor fi efectiv transmise informațiile necesare; și, în sfârșit
o magistrală de control care reglează acest proces (de exemplu, unul dintre semnalele de pe această magistrală permite computerului să facă distincția între adresele de memorie și dispozitivele de intrare/ieșire).
Să luăm un exemplu despre modul în care un procesor citește conținutul unei celule de memorie. După ce s-a asigurat că magistrala este liberă în prezent, procesorul plasează adresa necesară pe magistrala de adrese și instalează informațiile necesare de serviciu (operare - citire, dispozitiv - RAM etc.) pe magistrala de control. Acum nu poate decât să aștepte un răspuns de la RAM. Acesta din urmă, „văzând” o solicitare de citire a informațiilor adresate acestuia pe magistrală, extrage conținutul celulei necesare și îl plasează pe magistrala de date. Remarcăm în special că schimbul pe magistrală, în anumite condiții și în prezența anumitor echipamente auxiliare, poate avea loc fără participarea directă a procesorului, de exemplu, între un dispozitiv de intrare și memoria internă.
De asemenea, subliniem că organizarea funcțională a calculatoarelor descrise de noi în practică poate fi mult mai complicată. Un computer modern poate conține mai multe procesoare coordonate, canale de informare directă între dispozitive individuale, mai multe autostrăzi care interacționează etc. Cu toate acestea, dacă înțelegeți cea mai generală schemă, atunci va fi mai ușor să înțelegeți un anumit sistem informatic. Structura coloana vertebrală face ușoară conectarea la computer exact a acelor dispozitive externe necesare unui anumit utilizator. Datorită acesteia, este posibilă asamblarea oricărei configurații individuale de computer din blocuri standard.
Informații conexe.
