Структурная организация пк. Архитектура современных высокопроизводительных ЭВМ - файл n1.doc Функциональная структура компьютера

Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и. т.д. Более 1500 лет тому назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения стали использовать счеты.

Таким образом, попытки автоматизировать вычислительные процессы предпринимались на всех этапах развития человеческой цивилизации.

VI в. до н. э. — Пифагор ввел понятие числа как основу всего сущего на земле.

V в. до н. э. — остров Саламин — первый прибор для счета «абак».

IV в. до н. э. — Аристотель разработал дедуктивную логику.

III в. до н. э. — Диофант Александрийский написал «Арифметику» в 13 книгах.

IX в. — Аль-Хорезми обобщил достижение арабской математики и ввел понятие алгебры.

XV в. — Леонардо да Винчи разработал проект счетной машины для выполнения действий над 12- разрядными числами.

XVI в. — изобретены русские счеты с 10-чной системой счисления.

XVII в. — Англия — логарифмические линейки.

Начало развития технологий вычислительной техники принято считать с Блеза Паскаля, который в 1642г. изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел.

Следующего этапного результата добился выдающийся немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц, высказавший в 1672 году идею механического умножения без последовательного сложения. Уже через год он представил машину, которая позволяла механически выполнять четыре арифметических действия, в Парижскую академию. Машина Лейбница требовала для установки специального стола, так как имела внушительные размеры: 100 ´ 30 ´ 20 сантиметров.

В 1812 году английский математик Чарльз Бэббидж начал работать над так называемой разностной машиной, которая должна была вычислять любые функции, в том числе и тригонометрические, а также составлять таблицы.

Уроженец Эльзаса Карл Томас, основатель и директор двух парижских страховых обществ в 1818 году сконструировал счетную машину, уделив основное внимание технологичности механизма, и назвал ее арифмометром.

В первые десятилетия XX века конструкторы обратили внимание на возможность применения в счетных устройствах новых элементов – электромагнитных реле. В 1941 году немецкий инженер Конрад Цузе, построил вычислительное устройство, работающее на таких реле.

Почти одновременно, в 1943 году, американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX века – электромеханических реле – смог построить на одном из предприятий фирмы IBM легендарный гарвардский «Марк-1» (а позднее еще и «Марк-2»). «Марк-1» имел в длину 15 метров и в высоту 2,5 метра, содержал 800 тысяч деталей, располагал 60 регистрами для констант, 72 запоминающими регистрами для сложения, центральным блоком умножения и деления, мог вычислять элементарные трансцендентные функции. Машина работала с 23-значными десятичными числами и выполняла операции сложения за 0,3 секунды, а умножения – за 3 секунды.

Работа по созданию первой электронновычислительной машины была начата, по-видимому, в 1937 году в США профессором Джоном Атанасовым, болгарином по происхождению. Эта машина была специализированной и предназначалась для решения задач математической физики. В ходе разработок Атанасов создал и запатентовал первые электронные устройства, которые впоследствии применялись довольно широко в первых компьютерах. Полностью проект Атанасова не был завершен, однако через три десятка лет в результате судебного разбирательства профессора признали родоначальником электронной вычислительной техники.

Начиная с 1943 года группа специалистов под руководством Говарда Эйкена, Дж. Моучли и П. Эккерта в США начала конструировать вычислительную машину на основе электронных ламп, а не на электромагнитных реле. Эта машина была названа ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) и работала она в тысячу раз быстрее, чем «Марк-1». ENIAC содержал 18 тысяч вакуумных ламп, занимал площадь 9 ´ 15 метров, весил 30 тонн и потреблял мощность 150 киловатт.

В 1945 году к работе над созданием ЭВМ был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. В этом докладе фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров. Это первая действующая машина, построенная на вакуумных лампах, официально была введена в эксплуатацию 15 февраля 1946 года. Эту машину пытались использовать для решения некоторых задач, подготовленных фон Нейманом и связанных с проектом атомной бомбы. Затем она была перевезена на Абердинский полигон, где работала до 1955 года.

ENIAC стал первым представителем 1-го поколения компьютеров. Любая классификация условна, но большинство специалистов согласилось с тем, что различать поколения следует исходя из той элементной базы, на основе которой строятся машины. Таким образом, первое поколение представляется ламповыми машинами.

Устройство и работа компьютера по «принципу фон Неймана». Отметим важнейшие из них:

машины на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления;


программа, как и исходные данные, должна размещаться в памяти машины;


программа, как и числа, должна записываться в двоичном коде;


трудности физической реализации запоминающего устройства, быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем, требуют иерархической организации памяти (то есть выделения оперативной, промежуточной и долговременной памяти);


арифметическое устройство (процессор) конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения; создание специальных устройств для выполнения других арифметических и иных операций нецелесообразно;


в машине используется параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над числами производятся одновременно по всем разрядам).


Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 года Джон фон Нейман.


Новые машины первого поколения сменяли друг друга довольно быстро. В 1951 году заработала первая советская электронная вычислительная машина МЭСМ, площадью около 50 квадратных метров.


В 1952 году на свет появилась американская машина EDWAC.


В 1952 году советские конструкторы ввели в эксплуатацию БЭСМ – самую быстродействующую машину в Европе, а в следующем году в СССР начала работать «Стрела» – первая в Европе серийная машина высокого класса. Среди создателей отечественных машин в первую очередь следует назвать имена С.А. Лебедева, Б.Я. Базилевского, И.С. Брука, Б.И. Рамеева, В.А. Мельникова, М.А. Карцева, А.Н. Мямлина. В 50-х годах появились и другие ЭВМ: «Урал», М-2, М-3, БЭСМ2, «Минск1», – которые воплощали в себе все более прогрессивные инженерные решения.


Проекты и реализация машин «Марк–1», EDSAC и EDVAC в Англии и США, МЭСМ в СССР заложили основу для развёртывания работ по созданию ЭВМ вакуумноламповой технологии – серийных ЭВМ первого поколения. Разработка первой электронной серийной машины UNIVAC (Universal Automatic Computer) была начата примерно в 1947 г. Эккертом и Маучли. Первый образец машины (UNIVAC-1) был построен для бюро переписи США и пущен в эксплуатацию весной 1951 г. Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп.


По сравнению с США, СССР и Англией развитие электронной вычислительной техники в Японии, ФРГ и Италии задержалось. Первая японская машина «Фуджик» была введена в эксплуатацию в 1956 году, серийное производство ЭВМ в ФРГ началось лишь в 1958 году.


Элементной базой второго поколения стали полупроводники. Без сомнения, транзисторы можно считать одним из наиболее впечатляющих чудес XX века.


Патент на открытие транзистора был выдан в 1948 году американцам Д. Бардину и У.Браттейну, а через восемь лет они вместе с теоретиком В. Шокли стали лауреатами Нобелевской премии..


Первая бортовая ЭВМ для установки на межконтинентальной ракете – «Атлас» – была введена в эксплуатацию в США в 1955 году. В машине использовалось 20 тысяч транзисторов и диодов, она потребляла 4 киловатта.


В 1956 г. фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке. Изобретение их позволило создать новый тип памяти – дисковые запоминающие устройства, значимость которых была в полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники. Первые запоминающие устройства на дисках появились в машинах IBM-305 и RAMAC.


Первые серийные универсальные ЭВМ на транзисторах были выпущены в 1958 году одновременно в США, ФРГ и Японии.


В Советском Союзе первые безламповые машины «Сетунь», «Раздан» и «Раздан2» были созданы в 19591961 годах. В 60-х годах советские конструкторы разработали около 30 моделей транзисторных компьютеров, большинство которых стали выпускаться серийно. Наиболее мощный из них – «Минск32» выполнял 65 тысяч операций в секунду. Появились целые семейства машин: «Урал», «Минск», БЭСМ.


Рекордсменом среди ЭВМ второго поколения стала БЭСМ6, имевшая быстродействие около миллиона операций в секунду – одна из самых производительных в мире. Архитектура и многие технические решения в этом компьютере были настолько прогрессивными и опережающими свое время, что он успешно использовался почти до нашего времени.


Специально для автоматизации инженерных расчетов в Институте кибернетики Академии наук УССР под руководством академика В.М. Глушкова были разработаны компьютеры МИР (1966) и МИР-2 (1969). Важной особенностью машины МИР-2 явилось использование телевизионного экрана для визуального контроля информации и светового пера, с помощью которого можно было корректировать данные прямо на экране.


Приоритет в изобретении интегральных схем, ставших элементной базой ЭВМ третьего поколения, принадлежит американским ученым Д. Килби и Р. Нойсу, сделавшим это открытие независимо друг от друга. Массовый выпуск интегральных схем начался в 1962 году, а в 1964 начал быстро осуществляться переход от дискретных элементов к интегральным. Упоминавшийся выше ЭНИАК размерами 9 ´ 15 метров в 1971 году мог бы быть собран на пластине в 1,5 квадратных сантиметра. Началось перевоплощение электроники в микроэлектронику.


Несмотря на успехи интегральной техники и появление мини-ЭВМ, в 60-х годах продолжали доминировать большие машины. Таким образом, третье поколение компьютеров, зарождаясь внутри второго, постепенно вырастало из него.


Первая массовая серия машин на интегральных элементах стала выпускаться в 1964 году фирмой IBM. Эта серия, известная под названием IBM-360, оказала значительное влияние на развитие вычислительной техники второй половины 60-х годов. Она объединила целое семейство ЭВМ с широким диапазоном производительности, причем совместимых друг с другом. Последнее означало, что машины стало возможно связывать в комплексы, а также без всяких переделок переносить программы, написанные для одной ЭВМ, на любую другую из этой серии. Таким образом, впервые было выявлено коммерчески выгодное требование стандартизации аппаратного и программного обеспечения ЭВМ.


В СССР первой серийной ЭВМ на интегральных схемах была машина «Наири-3», появившаяся в 1970 году.


Со второй половины 60-х годов Советский Союз совместно со странами СЭВ приступил к разработке семейства универсальных машин, аналогичного системе ibm-360. В 1972 году началось серийное производство стартовой, наименее мощной модели Единой Системы – ЭВМ ЕС-1010, а еще через год – пяти других моделей. Их быстродействие находилась в пределах от десяти тысяч (ЕС-1010) до двух миллионов (ЕС-1060) операций в секунду.


В рамках третьего поколения в США была построена уникальная машина «ИЛЛИАК-4», в составе которой в первоначальном варианте планировалось использовать 256 устройств обработки данных, выполненных на монолитных интегральных схемах.


Начало 70-х годов знаменует переход к компьютерам четвертого поколения – на сверхбольших интегральных схемах (СБИС). Другим признаком ЭВМ нового поколения являются резкие изменения в архитектуре.


Техника четвертого поколения породила качественно новый элемент ЭВМ – микропроцессор. В 1971 году пришли к идее ограничить возможности процессора, заложив в него небольшой набор операций, микропрограммы которых должны быть заранее введены в постоянную память.


Из больших компьютеров четвертого поколения на сверхбольших интегральных схемах особенно выделялись американские машины «Крей-1» и «Крей-2», а также советские модели «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2». Первые их образцы появились примерно в одно и то же время – в 1976 году. Все они относятся к категории суперкомпьютеров, так как имеют предельно достижимые для своего времени характеристики и очень высокую стоимость.


В машинах четвертого поколения сделан отход от архитектуры фон Неймана, которая была ведущим признаком подавляющего большинства всех предыдущих компьютеров.


Хотя и персональные компьютеры относятся к ЭВМ 4-го поколения, все же возможность их широкого распространения, несмотря на достижения технологии СБИС, оставалась бы весьма небольшой.


В 1970 году был сделан важный шаг на пути к персональному компьютеру – Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intеl сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intеl 4004, который был выпущен в продажу в 1971 г. Это был настоящий прорыв, ибо микропроцессор Intеl 4004 размером менее 3 см был производительнее гигантских машин 1-го поколения. Правда, возможности Intе1 4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора больших компьютеров того времени, – он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших компьютеров обрабатывали 16 или 32 бита одновременно), но и стоил он в десятки тысяч раз дешевле. Но рост производительности микропроцессоров не заставил себя ждать.


Первый массовым персональным компьютером был «Altair-8800», созданный в 1974 году небольшой компанией в Альбукерке (штат Нью-Мексико).


В 1981 году появилась первая версия операционной системы для компьютера IBM РС – MS DOS 1.0. В дальнейшем по мере совершенствования компьютеров IВМ РС выпускались и новые версии DOS, учитывающие новые возможности компьютеров и предоставляющие дополнительные удобства пользователю.


В августе 1981 г. новый компьютер под названием «IВМ Personal Computer» был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. IBM PC имел 64 Кб оперативной памяти, магнитофон для загрузки/сохранения программ и данных, дисковод и встроенную версию языка BASIС.


Через один – два года компьютер IВМ РС занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров.


Новое поколение микропроцессоров идет на смену предыдущему каждые два года и морально устаревает за 3 – 4 года. Микропроцессор вместе с другими устройствами микроэлектроники позволяют создать довольно экономичные информационные системы.


8 ноября 1993 – выпуск Windows for Workgrounds 3.11. В ней обеспечена более полная совместимость с NetWare и Windows NT; кроме того, в архитектуру ОС внесены многие изменения, направленные на повышение производительности и стабильности и позднее нашедшее применения в Windows 95. Продукт был гораздо более доброжелательно встречен корпоративной Америкой.


В 1993 году появились первые процессоры Pentium с частотой 60 и 66 МГц – это были 32-разрядные процессоры с 64-битной шиной данных.


С того времени эвм развивается огромными темпами. Частота работы процессов уже достигла 3,5 ГГц, а емкость озу порядка 8 Гб.


2.


2.1. Понятие и общая характеристика функциональной структуры компьютера


Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства:


память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;


процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);


устройство ввода;


устройство вывода.


Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.


Рис. 1. Общая схема компьютера


Функции памяти:


приём информации из других устройств;


запоминание информации;


– выдача информации по запросу в другие устройства машины.


Функции процессора:


обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;


программное управление работой устройств компьютера.


Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).


Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.


В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами.


Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды.


Первым человеком сформулировавшим основные принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров, был знаменитый математик Джон фон Нейман.


Прежде всего, современный компьютер должен иметь следующие устройства:


арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;


устройства управления, которое организует процесс выполнения программ;


запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;


внешние устройства для ввода-вывода информации .


В общих чертах принцип работы компьютера можно описать следующим образом.


Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команд) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство


Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой «скачок», или переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился нуль и т.д. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз (т.е. организовывать циклы), выполнять различные последовательности команд в зависимости от выполнения определенных условий и т.д., т.е. создавать сложные программы.


Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, т.е. вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Поскольку внешние устройства, как правило работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.


В современных компьютерах арифметическо-логическое устройство и устройство управления объединены в единое устройство-центральный процессор. Кроме того, процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера–прерываний.


Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах.


Тем не менее, большинство современных компьютеров в основных чертах соответствуют принципам, изложенным фон Нейманом.


2.2. Структурная организация


Рассмотрим устройство компьютера на примере самой распространенной компьютерной системы - персонального компьютера.


Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры.


Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:


регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями;


компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями .


Упрощённая блок-схема, отражающая основные функциональные компоненты компьютерной системы в их взаимосвязи, изображена на рис. 2.






Рис. 2 Общая структура персонального компьютера с подсоединенными периферийными устройствами


Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter - между, и face - лицо).


Интерфейс - это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой.


Если интерфейс является общепринятым, например, утверждённым на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.


Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определённого типа - адресной, управляющей или шиной данных.


Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме:






Рис. 3. Схема подключения интерфейсов периферийных устройств


Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.


Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.


Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы).


Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами - побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.


К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем. К параллельному порту подсоединяют более «быстрые» устройства - принтер и сканер. Через игровой порт подсоединяется джойстик. Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы.


Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (MotherBoard). А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard - дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, называемых также слотами расширения (англ. slot - щель, паз).


2.3. Основные блоки компьютера


Любой компьютер, как правило, включает в себя три основных узла (блока):


системный блок;


Монитор (дисплей) для отображения информации;


• клавиатуру для ввода цифро-буквенной информации и команд.
  

  Для удобства управления и используются также манипуляторы типа «мышь» и «джойстик» (последний, в основном для игр).
  

  Из этих частей компьютера системный блок выглядит наименее эффектно, именно он является в нем «главным» В нем располагаются все основные узлы компьютера:
  

  электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);
  

  блок питания, который преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
  

  накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);
  

  накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер);
  

  другие устройства.
  

  
  

  Рис. 4. Виды системных блоков
  

  Сердцем компьютера, несомненно, является центральный процессор, расположенный на системной плате внутри системного блока. Он представляет собой сверхбольшую интегральную микросхему, состоящую внутри из миллионов транзисторов. Процессор способен выполнять большое количество внешних команд и обрабатывать поступающую в виде электрических сигналов информацию. Для ускорения математических расчетов используется еще одна микросхема – математический сопроцессор, который очень существенно увеличивает скорость выполнения математических операций (вычисление синусов, косинусов, логарифмов и т.д.).
  

  
  

  Рис. 5. Системный блок со снятой крышкой корпуса
  

  Скорость процессора определяется его структурой (схемными решениями), а также внешней тактовой частотой, которая формируется генератором импульсов на системной плате. Системная (материнская) плата – основная плата компьютера, на которой располагаются микропроцессор, ОЗУ, кэш-память, шины, контроллеры.
  

  Для хранения выполняемых программ и исходных данных, для обработки и записи промежуточных и окончательных результатов компьютер имеется оперативная динамическая память (ОЗУ).Именно из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки. Название «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память При выключении компьютера, перезагрузке, случайных сбоях по питанию все содержимое оперативной памяти стирается. Следовательно, при наборе каких-либо данных, текстов и т.д. надо периодически записывать промежуточные данные на жесткий диск или дискету.
  

  Для ускорения доступа к ОЗУ в современных быстродействующих компьютерах применяется специальная «сверхбыстрая» статическая память, которая называется кэш-памятью и является как бы буфером между очень быстрым процессором и более медленной оперативной памятью.
  

  Для связи процессора и оперативной памяти с внешними устройствами: клавиатурой, монитором, дисководами и др. используются специальные электронные схемы или платы. При этом обмен информацией между оперативной памятью и устройствами (т.е. ввод-вывод) не происходит непосредственно: между любым устройством и оперативной памятью имеются два промежуточных звена:
  

  1. Для каждого устройства имеется своя электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контролером, или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами)
  

  2. Все контроллеры (адаптеры) взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных (шину) Сейчас большинство выпускаемых компьютеров оснащаются шинами РСI и ISA.
  

  Одним из контролеров, которые присутствуют почти каждом компьютере является контролер портов ввода-вывода, которые бывают следующих типов: параллельные, последовательные, игровые.
  

  Важным элементом компьютера является видеоадаптер (или видеокарта) которая служит для формирования видеосигналов, отображающих информацию на экране монитора. Видеоплата получает от микропроцессора команды по формированию изображения, конструирует это изображение в своей служебной памяти – видеопамяти, и одновременно преобразует содержимое видеопамяти в сигнал, подаваемый на монитор – видеосигнал
  

  Монитор (дисплей) компьютера предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации.Современным типом мониторов и соответственно видеоплаты является SVGA.
  

  Для постоянного хранения информации, необходимой во время работы с компьютером используются накопители на жестком диске – винчестеры. На них обычно хранятся программы и файлы операционной системы, различные пакеты программ, редакторы документов, компьютерные игры и многое другое. Также в состав системного блока могут входить: накопители (на лазерных дисках – CD-ROM; внутренний на магнитной ленте– стриммер); звуковая плата для воспроизведения различных звуковых эффектов; внутренний факс-модем; сетевые платы.
  

  Практически каждый компьютер имеет хотя бы один флоппи-дисковод для дискет, которые позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой. С дискет возможна загрузка операционной системы и различных программ.
  

  Для питания всех ходящих в системный блок устройств имеется мощный импульсный блок питания.
  

  Для того чтобы все электронные и механические устройства могли должным образом взаимодействовать между собой, они должны управляться специальными программами. Программы для внутреннего тестирования монитора (POST – процедура, Power-On-Self-Test), инициализации видеоадаптера и загрузки операционной системы с диска, а также программы выполнения базовых функций по управлению устройствами ввода-вывода хранятся на системной плате в специальной микросхеме – постоянном запоминающем устройстве.
  

  Совокупность этих микропрограмм называется.(BIOS или базовая система ввода-вывода). Для изменения и запоминания параметров конфигурации компьютера в BIOS есть специальная программа настройки конфигурации –SETUP. Сами параметры запоминаются в отдельной микросхеме CMOS-памяти, которая питается от специальной батарейки на системной плате.
  

  Для работы со многими современными программами практически обязательным является использование мыши или иного заменяющего ее устройства, т.е. указательные устройства, так как позволяют указывать на те или иные элементы на экране компьютера.
  

  Мышь – это манипулятор, представляющий небольшую коробочку с несколькими кнопками, легко уменьшающуюся в ладони. При перемещении мыши по поверхности на экране монитора соответственным образом передвигается указатель мыши (обычно– стрелка). Когда необходимо выполнить то или иное действие пользователь нажимает ту или иную кнопку мыши.
  Носситер Дж. Microsoft Exel 2002 –М.: Диалектика, 2003.Организация и использование корпоративных систем ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ WEB-САЙТОВ

  2014-05-25

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Внутренняя память - это электронное устройство, которое хранит информацию, пока питается электроэнергией. При отключении компьютера от сети информация из оперативной памяти исчезает. Программа во время ее выполнения хранится во внутренней памяти компьютера. (Принцип фон Неймана -принцип хранимой программы). Внешняя память - это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски. Сохранение информации на них не требует постоянного электропитания. На рисунуке показана схема устройства компьютера с учетом двух видов памяти. Стрелки указывают направления информационного обмена

3 слайд

Описание слайда:

1. Устройства, входящие в состав системного блока 1.1. Материнская плата Материнская плата обеспечивает связь между всеми устройствами ПК, посредством передачи сигнала от одного устройства к другому. На поверхности материнской платы имеется большое количество разъемов предназначенных для установки других устройств: sockets – гнезда для процессоров; slots – разъемы под оперативную память и платырасширения; контроллеры портов ввода/ вывода. Материнская плата - печатная плата, на которой осуществляется монтаж большинства компонентов компьютерной системы. Название происходит от английского motherboard, иногда используется сокращение MB или слово mainboard - главная плата.

4 слайд

Описание слайда:

A – разъем (гнездо) центрального процессора B – разъемы под оперативно-запоминающее устройство C – разъемы подключения видеокарты, внутреннего модема и пр. D – разъемы для подключения внешних устройств ввода/вывода 1. Устройства, входящие в состав системного блока 1.1. Материнская плата Установите соответствие между обозначенными на рисунке разъемами (устройствами для осуществления коммутации) и их назначением:

5 слайд

Описание слайда:

На процессоре установлен большой радиатор, охлаждаемый вентилятором (cooler). Конструктивно процессор состоит из ячеек, в которых данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Устройства, входящие в состав системного блока 1.2. Центральный процессор Центральный процессор, или центральное процессорное устройство (ЦПУ) (англ. central processing unit - CPU) - основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления.

6 слайд

Описание слайда:

Адресная шина. У процессоров Intel Pentium (а именно они наиболее распространены на сегодняшний день в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных линий. Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе процессоров Intel Pentium, шина данных 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов. Шина команд. Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов. Самые простые команды укладываются в один байт, однако есть и такие, для которых нужно два, три и более байтов. Устройства, входящие в состав системного блока 1.2. Центральный процессор С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

7 слайд

Описание слайда:

Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). Ранние модели процессоров имели рабочее напряжение 5В, а в настоящее время оно составляет менее 3В. Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры были 4-разрядными. В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в обычных часах. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше производительность процессора. Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память Устройства, входящие в состав системного блока 1.2. Центральный процессор Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш-памяти.

8 слайд

Описание слайда:

Существует два типа оперативной памяти - память с произвольным доступом (RAM - Random Access Memory) и память, доступная только на чтение (ROM - Read Only Memory). Оперативная память с произвольным доступом (RAM) служит для размещения программ, данных и промежуточных результатов вычислений в процессе работы компьютера. Данные могут выбираться из памяти в произвольном порядке, а не строго последовательно, как это имеет место, например, при работе с магнитной лентой. Устройства, входящие в состав системного блока 1.3. Оперативная память Оперативная память (ОЗУ - оперативное запоминающее устройство). Память, доступная только на чтение (ROM) используется для постоянного размещения определенных программ, например, программы начальной загрузки ЭВМ – BIOS (basic input-output system – базовая система ввода-вывода). В процессе работы компьютера содержимое этой памяти не может быть изменено. Оперативная память - энергозависимая, т. е. данные в ней хранятся только до выключения ПК.

9 слайд

Описание слайда:

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке воздуха, образуемой при быстром вращении дисков. Устройства, входящие в состав системного блока 1.4. Жёсткий диск Накопитель на жёстких магнитных дисках, жёсткий диск или винчестер (англ. Hard Disk Drive, HDD) - энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство

10 слайд

Описание слайда:

Название «винчестер» жёсткий диск получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе диски и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья «Winchester 30-30» предложил назвать этот диск «винчестером». В Европе и Америке название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х годах; в российском же компьютерном сленге название «винчестер» сохранилось, сократившись до слова «винт». Устройства, входящие в состав системного блока 1.4. Жёсткий диск

11 слайд

Описание слайда:

Интерфейс - способ, использующийся для передачи данных. Современные накопители могут использовать интерфейсы ATA (IDE, EIDE), Serial ATA, SCSI, SAS, FireWire, USB и Fibre Channel. Ёмкость - количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств может достигать до 1.5 Tб, в ПК сегодня распространены винчестеры ёмкостью 80, 120, 200, 320 Гб. В отличие от принятой в информатике системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило=1024), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр., «настоящая» ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 Гб», составляет 186,2 Гб. Физический размер - почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Скорость вращения шпинделя - количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10000 (персональные компьютеры), 10000 и 15000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Устройства, входящие в состав системного блока 1.4. Жёсткий диск Характеристики

12 слайд

Описание слайда:

Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в специальный разъём (ISA, VLB, PCI, AGP, PCI-Express) для видеокарт на материнской плате, но бывает и встроенной. Современная графическая плата состоит из следующих основных частей: Графический процессор (GPU) - занимается расчетами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчеты для обработки команд трехмерной графики. Графическая плата (известна также как графическая карта, видеокарта, видеоадаптер) (англ. videocard) - устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора. Устройства, входящие в состав системного блока 1.5. Графическая плата Видеоконтроллер - отвечает за формирование изображения в видеопамяти. Видеопамять - выполняет роль буфера, в котором в цифровом формате хранится изображение, предназначенное для вывода на экран монитора. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) - служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор

13 слайд

Описание слайда:

На материнскую плату звуковая плата устанавливается в слоты ISA (устаревший формат) или РСI (современный формат). Когда звуковая плата установлена, на задней панели корпуса компьютера появляются порты для подключения колонок, наушников, микрофона Устройства, входящие в состав системного блока 1.6. Звуковая плата Звуковая плата (также называемая звуковая карта, аудиоадаптер) используется для записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: речи, музыки, шумовых эффектов. 1.7. Сетевая плата Сетевая плата (также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet card, NIC (англ. network interface card)) - печатная плата, позволяющая взаимодействовать компьютерам между собой, посредством локальной сети. Обычно, сетевая плата идёт как отдельное устройство и вставляется в слоты расширения материнской платы (в основном - PCI, ранние модели использовали шину ISA).

14 слайд

Описание слайда:

Обычно дискета представляет собой гибкую пластиковую пластинку, покрытую ферромагнитным слоем, отсюда английское название «floppy disk» («гибкий диск»). Эта пластинка помещается в защитную оболочку, защищающую магнитный слой от физических повреждений. Оболочка бывает гибкой или прочной. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства - дисковода (флоппи-дисковода). Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения. Устройства, входящие в состав системного блока 1.8. Дисковод 3,5’’ Дискета - портативный магнитный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема Первая дискета диаметром в 200 мм (8″) и ёмкостью 80 килобайт была представлена фирмой IBM в 1971. В 1981 году фирма Sony выпустила на рынок дискету диаметром 3½" (90 мм). Поздняя её версия имеет объём 1440 килобайт или 1,40 мегабайт. Именно этот тип дискеты стал стандартом и используется по сей день.

15 слайд

Описание слайда:

Устройства, входящие в состав системного блока 1.9. Накопители на компакт-дисках Цифровая информация представляется на CD чередованием впадин (не отражающих пятен) и отражающих свет островков. Компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему. Считывание информации с компакт-диска происходит при помощи лазерного луча, который, попадая на отражающий свет островок, отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий это как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается: фотодетектор фиксирует двоичный ноль. Скорость передачи данных для привода определяется скоростью вращения диска. Обычно она указывается в сравнении со стандартом Audio CD, для которого скорость считывания данных составляет порядка 150 Кбайт/с. Т.е. CDx2 означает, что скорость обмена данными с таким диском вдвое больше, чем 150 Kбайт/с. Максимальная скорость вращения CD диска превышает скорость чтения Audio CD в 52 раза. 52х150 Kбайт/с=7800 Kбайт/с. В настоящее время массовому пользователю стали доступны приводы с возможностью однократной записи (CD-R) и перезаписи (CD-RW) информации.

16 слайд

Описание слайда:

Устройства, входящие в состав системного блока 1.10. Накопители на DVD дисках DVD (Digital Versatile Disc, цифровой многоцелевой, или универсальный, диск) - это оптические диски большой емкости, которые применяются для хранения полнометражных фильмов, музыки высокого качества, компьютерных программ. Существует несколько вариантов DVD, отличающихся по емкости: односторонние и двухсторонние, однослойные и двухслойные. Односторонние однослойные DVD имеют емкость 4,7 Гбайт информации, двухслойные - 8,5 Гбайт; двухсторонние однослойные вмещают 9,4 Гбайт, двухслойные - 17 Гбайт. Луч лазера в обычном приводе CD-ROM имеет длину волны 780 нм, а в устройствах DVD - от 635 нм до 650 нм, благодаря чему плотность записи DVD существенно выше. Помимо чтения данных с DVD со скоростью порядка 1,2 Мбайт/с, накопители DVD способны читать обычные CD-ROM со скоростью, примерно соответствующей 8-10-скоростным приводам CD-ROM.

18 слайд

Описание слайда:

Любой биологический объект (человек, животное, насекомое) в процессе своей жизнедеятельности должен адекватно реагировать на воздействия со стороны объектов окружающего его мира. Это возможно только при наличии у биологических объектов органов, реализующих необходимые функции работы с информацией (данными) (Рис. 18.1.).

Функции объекта, реализующего обработку данных

Рис. 18.1.

1. 
   Ввод (приём) данных (информации0 от другого объекта;
2. 
   Хранение данных (информации);
3. 
   Обработка данных (информации);
4. 
   Вывод (передача) данных (информации) другому объекту.

Человек создал подобные себе устройства, но не в смысле внешнего вида, а в смысле реализации тех же функций, необходимых для работы с информацией.

18.1. Функции компьютера, как системы обработки данных

Рис. 18.1.1.

На рисунке 18.1.1. представлена схема антиблокировочной системы торможения (АСТ). Очевидно, что управление любым объектом основано на особенностях функционирования этого объекта управления. Управление состоит в том, что объект управления переводится в различные состояния с помощью установленной на компьютере программы управления. Смысл АСТ состоит в том, чтобы колесо автомобиля всегда вращалось. При блокировке колеса возникнет неуправляемое рулём движение автомобиля.

Водитель при торможении нажимает на педаль тормоза. Задача АСТ: не допустить блокировки колеса.

Первая функция (ввод) состоит в том, что аналоговые сигналы от датчика вращения колеса преобразуются в цифровые сигналы (коды) и вводятся в память компьютера. Вторая функция (хранение) состоит в том, что хранимые в памяти коды состояния колеса воспринимаются программой управления. Если код соответствует вращению колеса, система управления «молчит». Если код соответствует состоянию колеса «неподвижность», программа формирует код управления, который выдаётся (функция вывода) на ЦАП. Этот код преобразуется ЦАП в напряжение и воспринимается АСТ как управляющее воздействие «ослабить тормозное усилие». АСТ ослабляет тормозное усилие, и колесо начинает вращаться.

Анализ этой схемы показывает, что компьютер можно рассматривать, как устройство обработки данных, т.к. в этом устройстве реализуются все 4 функции. Однако необходимо отметить, что эти функции реализуются с помощью аппаратных и программных средств. Очевидно, что собственно задача управления электронным микроскопом реализована программой. Аппаратура играет вспомогательную роль. Именно по этой причине говорят об аппаратно- программных управляющих средствах.

На рисунке 18.1.2. представлено более сложное аппаратно-программное средство.

Рис. 18.1.2.

В данной схеме управления электронным микроскопом в контуре управления присутствует человек. Сигналы об исследуемом объекте преобразуются в коды, и выводятся на устройство отображения (дисплей). Человек, рассматривая изображение объекта, может управлять электронным микроскопом, выдавая ему команды: увеличить изображение (приблизить объектив микроскопа к объекту), уменьшить изображение, переместить объектив вправо и т.д. Команды человека преобразуются программой в управляющие коды, которые, в свою очередь, преобразуются ЦАП в сигналы различного напряжения. Сигналы воспринимаются органами управления электронным микроскопом, и он выполняет заданные пользователем команды.

Анализ двух рисунков показывает, что компьютер может функционировать без такого устройства, как дисплей. Дисплей можно рассматривать как устройство отображения, а также как устройство вывода информации. Ввод информации человеком осуществляется с помощью клавиатуры.

Функциональное устройство компьютера: аппаратное средство, реализующее конкретную функцию компьютера.

Магистрально-модульный принцип организации компьютера: все функциональные элементы компьютера соединяются друг с другом с помощью общей (системной) магистрали (шины) и обмениваются друг с другом данными через это функциональное устройство (Рис. 18.1.3.).

Состав системной магистрали:

• 
  шина данных;
• 
  шина адреса;
• 
  шина управления.

Рис. 18.1.3.

Мы уже рассматривали процесс исполнения программы. Процессор должен обратиться к ОП за очередной командой, затем процессор должен обратиться к ОП для выборки операндов и, наконец, процессор должен обратиться к ОП для записи результата выполнения операции над операндами. Если в процессе исполнения программы необходимо выполнить операции вводи или вывода, то только разработчик программы знает момент начала этих операций. Это значит, что в составе системы команд могут быть не только арифметические и логические команды, но и команды управления устройствами. Вывод: первичным источником обмена двух устройств между собой является процессор, который выполняет команду программы. Процессор выдаёт на шину адреса (ША) адреса устройств (абонентов), между которыми должен произойти обмен данными. Абоненты с помощью сигналов управления по шине управления должны согласовать свои действия. Данные, естественно, должны передаваться по шине данных. На рисунке 18.1.4. представлена в обобщённом виде функциональная структура компьютера.

Рис. 18.1.4.

Процессор: функциональное устройство, исполняющее команды программы.

Память компьютера: функциональное устройство, обеспечивающее хранение данных, представленных в электронном виде.

Процессор не обладает функцией хранения. По этой причине, как было уже ранее рассмотрено, процессор постоянно должен обращаться к памяти. В каждом цикле между процессором и памятью происходит обмен 1 словом. Очевидно, что память должна обладать такой же скоростью работы (быстродействием), как и процессор. Были найдены технические элементы, которые обладают быстродействием, близким к быстродействию процессора. Однако эти элементы имеют 2 недостатка. Первый недостаток: хранимые в этой памяти данные пропадают при отключении питания. Второй недостаток относится к сфере экономики: эти устройства достаточно дорогие. Поэтому в современных компьютерах существует 2 уровня памяти. Первый уровень – оперативная память (ОП). Именно только с ней обменивается данными процессор во время исполнения программы.

Память второго уровня составляет жёсткий магнитный диск (ЖМД). Это медленное устройство. Оно обменивается данными с ОП и другими функциональными элементами компьютера. Если проследить развитие персональных компьютеров, то можно видеть постоянный рост объёмов оперативной памяти. Это связано также с экономическим фактором: по мере увеличения выпуска, развития технологий производства элементной базы модули оперативной памяти становятся всё дешевле. Эволюция объёмов ОП: 128 кб, 256 кб, 512 кб, 1 мб, 128 мб, 256 мб, 512 мб, 1 гб, 2 гб и т.д.

В каждом цикле ОП обменивается с процессором 1 словом. В каждом цикле ОП обменивается с ЖМД блоком, состоящим из нескольких слов (Рис. 18.1.5.).

Ядро компьютера: набор функциональных устройств, реализующих функции хранения и обработки. В состав ядра компьютера входят: процессор, оперативная память, ЖМД.

Рис. 18.1.5.

Примечание. Обратите внимание, понятие «ядро компьютера» является функциональным, а не техническим (формальным). Примером формального подхода является разделение памяти на внутреннюю и внешнюю. Внутренней считается оперативная память, внешней - долговременная. Критерием такого разделения является формальная способность устройств памяти хранить информацию после отключения питания. В то же время при этой классификации не объясняются понятия «внутренняя» и «внешняя». Что является тем объектом, по отношению к которому используются эти понятия?

Совет. При введении любой классификации, необходимо чётко определять критерий классификации и все понятия, используемые при описании классификации.

Остальные устройства являются по отношению к ядру устройствами ввода-вывода.

Клавиатура является простейшим устройством ввода в персональном компьютере.

Принтер: устройство вывода данных на бумажный носитель.

Для удобстваработы пользователя в состав персонального компьютера введены графический манипулятор и дисплей.

Графический манипулятор: функциональное устройство, обеспечивающее перемещение графического указателя по экрану дисплея и выдачу программе сигнала на выполнение указанной графическим указателем команды.

Конструктивные реализации графического манипулятора: мышь (mouse), трекбол (trackball), прикосновительная прокладка (touch pad).

Графический указатель: значок, с помощью которого пользователь определяет для программ объект, над которым должна быть выполнена указанная пользователем операция.

Дисплей: функциональное устройство компьютера, обеспечивающее визуальное отображение на экране информации, позволяющей пользователю эффективно использовать возможности компьютера.

Как можно видеть, графический указатель и дисплей не выполняют ни одну из 4-х функций устройства обработки данных.

Привод флоппи-диска: устройство ввода-вывода для обмена данными с внешним носителем данных на базе флоппи-диска (дискеты).

Привод CD -диска: устройство ввода-вывода для обмена данными с внешним носителем данных на базе CD-диска.

Базовая конфигурация персонального компьютера: минимальный набор функциональных устройств, поставляемый покупателю.

Базовый набор меняется в соответствии с технологическими возможностями производителей. В настоящее время в базовую конфигурацию входят: ядро, дисплей, привод CD (DVD) – диска. Привод флоппи-диска уже не всегда поставляется в составе компьютера при продаже.

Модем: устройство ввода-вывода для обмена данными компьютера с каналами аналоговых сигналов (преобразования аналоговых сигналов в дискретные и наоборот).

Магистрально – модульный принцип организации компьютера объединяет функциональный и конструктивный аспекты организации компьютера.

Модуль: функциональный элемент компьютера, реализованный в виде определённой конструкции.

Например, процессор реализован на микросхеме, которая конструктивно оформлена в виде параллелепипеда с множеством контактов для электрического соединения с другими функциональными элементами и вставляется в разъём. Привод CD-диска, DVD-диска, жёсткий магнитный диск выполнены в виде параллелепипедов- коробочек.

Компьютер, как техническая система, должен иметь в своём составе модули, реализующие вспомогательные функции: охлаждение различных устройств (принудительное), защита человека от облучения, соединение всех модулей в виде удобной для установки и переноса конструкции (сборочные элементы).

Каждое функциональное устройство может быть реализовано на различных физических принципах и иметь различное конструктивное исполнение. Сборка компьютера выполняется путём установки и закрепления модулей в сборочных элементах. Ремонт компьютера выполняется на уровне замены модулей.

Сборочные элементы персонального компьютера: системный блок, материнская плата, корпус дисплея, корпус модема.

18.2. Назначение контроллера функционального устройства

В современных персональных компьютерах каждое функциональное устройство компьютера подключается к системной магистрали (Рис. 18.2.1.).

Рис. 18.2.1.

Чтобы можно было управлять функциональным устройством, выдавать ему команды, получать от него информацию о результатах исполнения команд, при необходимости выдавать ему данные или принимать от него данные, между ним и системной магистралью должен происходить обмен сигналами, как управляющими, так и информационными. Естественно, обмен этими сигналами должен происходить по определённым правилам.

Интерфейс: правила взаимодействия между собой технических или программных средств.

В связи с увеличением спроса на компьютеры возникли новые фирмы-разработчики. Результатом их работы стало появление компьютерных платформ и семейств компьютеров с разными интерфейсами у системных магистралей. При этом производители функциональных устройств оказались в сложной ситуации. Им приходилось выпускать разные промышленные изделия, обладающие одинаковыми функциями. Для снижения производственных затрат было найдено следующее решение. Функциональное устройство разделяется на 2 части (Рис. 18.2.2.). Первая часть обладает всеми необходимыми функциями и имеет базовый постоянный интерфейс. Эта часть наиболее сложная и, как правило, определяет стоимость всего функционального устройства. Вторая часть, называемая контроллером , обеспечивает лишь согласование базового аппаратного интерфейса функционального устройства с интерфейсом системной магистрали конкретной компьютерной платформы.

Таким образом, производитель может выпускать одно сложное изделие и несколько простых, которые обеспечивают применение одного сложного устройства в компьютерах с различными интерфейсами системных магистралей.

Рис. 18.2.2.

Применительно к дисплеям эта идея была развита (Рис. 18.2.3.). Контроллер – видеоадаптер (видеоконтроллер) является настолько сложным изделием, что выпускается третьими производителями, но его интерфейс с дисплеями стандартизован. По этой причине производители дисплеев не выпускают видеоконтроллеры.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Томский политехнический университет»

Факультет АВТ

Кафедра ВТ

«СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАСТОЛЬНЫХ ПК».

Введение………………………………………………………………………..3

I. Функционально-структурная организация ПК……………………………4

II. Современное состояние настольных ПК………………………………..14

III. Перспективы развития настольных ПК………………………………...16

Заключение…………………………………………………………………...19

Список литературы…………………………………………………………..20

Введение

В наше время, когда компьютерные технологии развиваются стремительными темпами, появилось множество новых архитектур, «разновидностей» вычислительных машин, и принадлежность устройства к той или иной разновидности определяет его назначение и ставящиеся перед ним задачи.

В последние годы широкое распространение получили настольные персональные компьютеры (ПК). Строго говоря, компьютер – это комплекс технических и программных средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач. Под архитектурой ЭВМ понимается общая функциональная и структурная организация машины, определяющая методы кодирования данных, состав, назначение, принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения. Для любого компьютера, в том числе настольного ПК можно выделить следующие важные компоненты архитектуры:

1. Функциональные и логические возможности процессора (система команд, форматы команд и данных, способы адресации, разрядность обрабатываемых слов и т.д.)

2. Структурная организация и принципы управления аппаратными средствами (центральным процессором, памятью, вводом-выводом, системным интерфейсом и т.д.)

3. Программное обеспечение (операционная система, трансляторы языков программирования, прикладное ПО)

В данном реферате я рассмотрю структуру и дальнейшие возможности развития настольных компьютеров.

Достоинствами ПК являются:

• малая стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя;

• автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

• гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

• "дружественность" операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;

• высокая надежность работы (более 5 тыс. ч наработки на отказ).

I . Структурно-функциональная организация ПК

Рассмотрим состав и назначение основных блоков ПК:

Структурная схема персонального компьютера

Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управление работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операции над информацией.

В состав микропроцессора входят:

• устройство управления (УУ) - формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;

• арифметико-логическое устройство (АЛУ) - предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор );

• микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры - быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие);

• интерфейсная система микропроцессора - реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface) - совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O ≈ Input/Output port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК.

Генератор тактовых импульсов . Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины .

Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина включает в себя:

• кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

• кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

• кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

• шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1) между микропроцессором и основной памятью;

2) между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры) . Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему - контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке), В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках.

Назначение этих накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. Различаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи и считывания информации.

В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры), накопители на оптических дисках (CD-ROM - Compact Disk Read Only Memory - компакт-диск с памятью, только читаемой) и др.

Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК.

Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания - аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.

Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ иногда составляют 50 - 80% всего ПК, От состава и характеристик ВУ во многом зависят возможность и эффективность применения ПК в системах управления и в народном хозяйстве в целом.

ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой; пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:

• внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;

• диалоговые средства пользователя;

• устройства ввода информации;

• устройства вывода информации;

• средства связи и телекоммуникации.

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы (дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с клавиатурой) и устройства речевого ввода-вывода информации.

Видеомонитор (дисплей) - устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации.

Устройства речевого ввода-вывода относятся к быстроразвивающимся средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода - это различные микрофонные акустические системы, "звуковые мыши", например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать.

Устройства речевого вывода - это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громкоговорители (динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

К устройствам ввода информации относятся:

• клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК;

• графические планшеты (диджитайзеры) - для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;

• сканеры (читающие автоматы) - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканера в текстовом режиме считанные символы после сравнения с эталонными контурами специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных координат;

• манипуляторы (устройства указания): джойстик - рычаг, мышь, трекбол - шар в оправе, световое перо и др. - для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК;

• сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

• К устройствам вывода информации относятся:

• принтеры - печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель;

• графопостроители (плоттеры) - для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделяются на планшетные и барабанные. Основные характеристики всех плоттеров примерно одинаковые: скорость вычерчивания - 100 - 1000 мм/с, у лучших моделей возможны цветное изображение и передача полутонов; наибольшая разрешающая способность и четкость изображения у лазерных плоттеров, но они самые дорогие.

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры передачи данных, модемы).

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе - средствам мультимедиа.

Средства мультимедиа (multimedia - многосредовость) - это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.

К средствам мультимедиа относятся устройства речевого ввода и вывода информации; широко распространенные уже сейчас сканеры (поскольку они позволяют автоматически вводить в компьютер печатные тексты и рисунки); высококачественные видео- (video-) и звуковые (sound-) платы, платы видеозахвата (videograbber), снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры и вводящие его в ПК; высококачественные акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами. Но, пожалуй, еще с большим основанием к средствам мультимедиа относят внешние запоминающие устройства большой емкости, часто используемые для записи звуковой и видеоинформации.

Сейчас для записи, хранения и воспроизведения информации используются CD, DVD-диски, а также широко распространившиеся в последнее время флэш-накопители. Простота использования, минимальные габариты, возрастающая емкость памяти и снижающаяся цена ставят последних вне конкуренции, и вполне возможно, в дальнейшем это приведет к вытеснению с рынка оптических дисков, так как ранее CD вытеснили дискеты.

Дополнительные схемы. К системной шине и к МП ПК наряду с типовым внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора: математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Математический сопроцессор широко используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических, функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно (совмещенно во времени) с основным МП, но под управлением последнего. Ускорение операций происходит в десятки раз. Последние модели МП, начиная с МП 80486 DX, включают сопроцессор в свою структуру.

Контроллер прямого доступа к памяти освобождает МП от прямого управления накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает эффективное быстродействие ПК. Без этого контроллера обмен данными между ВЗУ и ОЗУ осуществляется через регистр МП, а при его наличии данные непосредственно передаются между ВЗУ и ОЗУ, минуя МП.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств (дисплей, принтер, НЖМД, НГМД и др.); освобождает МП от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.

Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний.

Прерывание - временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы.

Прерывания возникают при работе компьютера постоянно. Достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям, например, прерывания от таймера возникают и обслуживаются контроллером прерываний 18 раз в секунду (естественно, пользователь их не замечает).

Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. МП, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы. Контроллер прерываний является программируемым.

Элементы конструкции ПК

Конструктивно ПК выполнены в виде центрального системного блока, к которому через разъемы подключаются внешние устройства: дополнительные устройства памяти, клавиатура, дисплей, принтер и др.

Системный блок обычно включает в себя системную плату, блок питания, накопители на дисках, разъемы для дополнительных устройств и платы расширения с контроллерами - адаптерами внешних устройств.

На системной плате (часто ее называют материнской платой Mother Board), как правило, размещаются:

• микропроцессор;

• математический сопроцессор;

• генератор тактовых импульсов;

• блоки (микросхемы) ОЗУ и ПЗУ;

• адаптеры клавиатуры, НЖМД и НГМД;

• контроллер прерываний;

• таймер и др.

Функциональные характеристики ПК

Основными характеристиками ПК являются:

1. Быстродействие, производительность, тактовая частота.

Единицами измерения быстродействия служат:

• МИПС (MIPS - Mega Instruction Per Second) - миллион операций над числами с фиксированной запятой (точкой);

• МФЛОПС (MFLOPS - Mega FLoating Operations Per Second) - миллион операций над числами с плавающей запятой (точкой);

• КОПС (KOPS - Kilo Operations Per Second) для низкопроизводительных ЭВМ - тысяча неких усредненных операций над числами;

• ГФЛОПС (GFLOPS - Giga FLoating Operations Per Second) - миллиард операций в секунду над числами с плавающей запятой (точкой).

Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная, ибо при этом ориентируются на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды операций. Реально при решении различных задач используются и различные наборы операций. Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины, так как каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции.

2. Разрядность машины и кодовых шин интерфейса.

Разрядность ≈ это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.

3. Типы системного и локальных интерфейсов.

Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды.

4. Емкость оперативной памяти.

Емкость оперативной памяти измеряется чаще всего в мегабайтах (Мбайт), реже в килобайтах (Кбайт). 1 Мбайт = 1024 Кбайта = 1024 2 байт.

Многие современные прикладные программы при оперативной памяти емкостью меньше 8 Мбайт просто не работают либо работают, но очень медленно.

Следует иметь в виду, что увеличение емкости основной памяти в 2 раза, помимо всего прочего, дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении сложных задач примерно в 1,7 раза.

5. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера). Емкость винчестера измеряется обычно в мегабайтах или гигабайтах (1 Гбайт = 1024 Мбайта).

По прогнозам специалистов, многие программные продукты 1997 г. будут требовать для работы до 1 Гбайта внешней памяти.

6. Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках.

Сейчас применяются в основном накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты диаметром 3,5 и 5,25 дюйма (1 дюйм = 25,4 мм). Первые имеют стандартную емкость 1,44 Мбайта, вторые - 1,2 Мбайта.

7. Виды и емкость КЭШ-памяти.

КЭШ-память - это буферная, не доступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется регистровая КЭШ-память внутри микропроцессора (КЭШ-память первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (КЭШ-память второго уровня); для ускорения операций с дисковой памятью организуется КЭШ-память на ячейках электронной памяти.

Следует иметь в виду, что наличие КЭШ-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК примерно на 20%.

8. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.

9. Тип принтера.

10. Наличие математического сопроцессора.

Математический сопроцессор позволяет в десятки раз ускорить выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами.

11. Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы

12. Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ.

Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ означает возможность использования на компьютере соответственно тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.

13. Возможность работы в вычислительной сети

14. Возможность работы в многозадачном режиме.

Многозадачный режим позволяет выполнять вычисления одновременно по нескольким программам (многопрограммный режим) или для нескольких пользователей (многопользовательский режим). Совмещение во времени работы нескольких устройств машины, возможное в таком режиме, позволяет значительно увеличить эффективное быстродействие ЭВМ.

15. Надежность.

Надежность - это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции. Надежность ПК измеряется обычно средним временем наработки на отказ.

16. Стоимость.

17. Габариты и масса.

II . Современное состояние настольных ПК

На нынешнем этапе развития ПК можно выделить 2 основные платформы: Wintel и Apple.

Самой распространенной является платформа Wintel на базе х86 процессоров благодаря своей универсальности, а также стоимости. Эта платформа имеет множество клонов, т.е. аналогичных компьютеров, выпускаемых различными фирмами США, Западной Европы, России, Японии и др.

Платформа Apple представлена довольно популярными на Западе компьютерами Macintosh. Они занимают на мировом рынке довольно узкую, однако достаточно стабильную нишу.

Формальными отличиями между платформами является тип процессора и операционная система. В Macintosh используется RISС-архитектура процессора и UNIX-подобное ядро операционной системы. Однако в последние годы в аппаратном плане эти две платформы постепенно сближаются. Поэтому основным отличием можно считать количество производимых в мире аппаратных средств и программного обеспечения, где Wintel вне конкуренции. Apple имеет небольшое количество высокопроизводительных моделей, а также значительно уступает в количестве произведенного ПО. Из этого следует вывод, что имея компьютер Wintel, можно выполнить любую операцию, но при этом не всегда быстро и удобно. На Apple ту же операцию можно сделать либо быстро, либо не выполнить вообще.

Приведем в пример несколько моделей ПК, популярных на сегодняшний день:

· Hacker Ph945

Платформа построена на основе ASUS M4A78 – добротной материнской платы среднего уровня на чипсете AMD 770 с поддержкой DDR2. Она хорошо оснащена, но без особых излишеств. Из особенностей практического толка отметим наличие на задней панели оптического S/PDIF и порта eSATA. В системе используются не так давно анонсированный четырехъядерный процессор AMD Phenom II X4 945 с приличной вычислительной мощностью и 4 ГБ оперативной памяти. Видеоподсистема тоже на уровне. Графические адаптеры GeForce GTS 250 подходят для оптимальных ПК, при очень хорошем соотношении цена/производительность они способны обеспечить комфортное количество кадров в cекунду в последних играх.

Связка Phenom II X4 945 + GeForce GTS 250 в целом очень неплохо себя показала во время тестирований. Вероятно, в такой комбинации имеет место незначительный перекос в сторону чуть более производительного процессора, но его возможности пригодятся в неигровых многопоточных задачах.

Система собрана в корпусе Microlab M4812. Данная модель внешне довольно интересна и практична в использовании. На передней панели, в отсеке для 3,5-дюймовых устройств, установлен мультиформатный кард-ридер Samsung SFD-321F/T4XB, позволяющий работать с флеш-картами всех распространенных типов. Здесь же, на фронтальной стороне, имеется аналоговый регулятор скорости вращения 120-миллиметрового вентилятора, закрепленного на задней стенке корпуса. Возможностей БП вполне достаточно для работы предложенной конфигурации, но без особого запаса. Модель M-ATX-420W соответствует стандарту ATX 1.3, который не предполагает серьезных нагрузок по линии 12 В, применяемой современными видеокартами и системой питания CPU. В рассмотренной конфигурации энергопотребление компьютера в режиме покоя составляет порядка 120 Вт, увеличиваясь до 270 Вт в «тяжелых» сценах в Crysis.
Система не беззвучна, в режиме ожидания компьютер функционирует довольно тихо, под нагрузкой активнее включаются в работу вентиляторы блока питания и видео­карты, хотя в целом уровень шума «ниже среднего».

· Dell HPS 730 H2C

Dell обновила линейку игровых компьютеров XPS 730 H2C. В солидном алюминиевом корпусе инженеры поместили материнскую плату на базе чипсета NVIDIA nForce 790i Ultra SLI с установленным процессором Intel Core 2 Extreme (с заводским разгоном), парой видеокарт ATI Radeon HD 3870 X2 или NVIDIA GeForce 8800GT SLI и оперативной памятью Corsair DOMINATOR стандарта DDR3. Используемая в ПК система охлаждения H2C уникальна и является плодом совместной разработки Dell, Intel, Delphi и CoolIT.

Мировой рынок настольных ПК является самым многочисленным, но в последние годы переживает острый кризис из-за спада спроса на свою продукцию. Все большую популярность приобретают мобильные ПК. Это объясняется ростом производительности мобильных компьютеров и одновременным снижением их цены.

III . Перспективы развития настольных ПК

В связи с ежегодным увеличением процента продаж ноутбуков может сложиться впечатление, что мобильные ПК в скором времени могут вытеснить стационарные. Однако специалисты считают, что настольные компьютеры еще рано списывать со счетов. Несмотря на увеличивающуюся производительность мобильных ПК, развитие стационарных компьютеров также не замедляется.

Популярность ноутбуков прежде всего объяснятся их ориентированностью на решение тех задач, которым не может удовлетворить домашний компьютер (что, в свою очередь, связано с возможностью автономного питания ноутбуков). Однако нужно сказать о том, что настольный компьютер прежде всего характеризуется производительностью, что позволяет пользователю выполнить на нем практически любую задачу. Мобильный ПК же должен обладать рядом дополнительных характеристик (таких как вес, габариты, время автономной работы), что отводит производительность на второй план. К тому же представляет трудность модернизация ноутбука: она бывает сложна в исполнении, либо просто невозможна.

Ноутбуки Настольные ПК Центральный процессор Ограниченный выбор процессоров по частотам и производительности Полный спектр ЦП для построения системы Видеокарта Производительность встроенного видео значительно ниже, чем у дискретных видеокарт для настольных систем Возможность выбора любой видеокарты; системы с несколькими видеокартами для получения максимальной производительности Оперативная память Объем ОЗУ до 4096 Мбайт Объем не ограничен Дисковая подсистема Объем дисковой подсистемы до 500 Гбайт Объем не ограничен Матрицы только типа TN+Film. Используется, как правило, одна лампа подсветки, поэтому качество изображения хуже, чем у моделей для настольных мониторов сопоставимого класса Возможность выбора любого монитора с нужным типом матрицы под конкретные нужды покупателя: TN+Film, MVA, PVA, IPS. Используется от двух до четырех (и более) ламп подсветки Встроенная система обеспечения бесперебойного питания Требуется покупка отдельного устройства для обеспечения бесперебойного питания Операционная система Обычно выбор не предлагается. Операционная система предустановлена производителем Широкий спектр десктопных операционных систем под конкретные нужды покупателя Модернизация Очень ограничена. Увеличение объема оперативной памяти и замена жесткого диска (выполняется квалифицированным инженером). Возможность установки устройств CardBus и ExpressCard Гибкая. Замена системной платы, процессора, увеличение памяти, наращивание дисковой подсистемы, установка оптических приводов, замена видеокарты, установка карт расширения Гарантия один год. Ремонт блочный и дорогостоящий Пожизненный бесплатный сервис

Сравнительная характеристика ноутбуков и настольных ПК

Учитывая факторы цены, производительности, модернизации, ремонта и другие, следует признать, что для получения сбалансированной и производительной системы практичнее приобрести настольный ПК. Если важна мобильность и все сопутствующие этому факторы, оптимальным выбором станет покупка ноутбука. Настольная система позволит не только решать задачи высокой сложности, но и предоставит возможность масштабирования под меняющиеся задачи. Прогнозируя обозримое будущее персональных компьютеров в плане расширения их возможностей, нужно отметить такие направления как: · Наращивание производительности процессора; · Миниатюризация процессоров; · Ввод данных с помощью жестов и речи; · Увеличение емкости винчестеров и плотности записи; · Уменьшение габаритов ПК; · Внедрение нанотехнологий, биомолекулярных и квантовых вычислителей. Заключение Дальнейшее развитие настольных персональных компьютеров в вышеуказанных направлениях, несомненно, в конечном итоге приведет к изменению не только их внешнего вида, но и, вполне возможно, новым вычислительным алгоритмам и новой концепции ПК в целом. Не вызывает сомнения также то, что со временем большинство пользователей перейдут на компьютеры с автономным питанием. Но произойдет это тогда, когда мобильные ПК будут обладать достаточно высокими характеристиками, чтобы полностью заменить собой стационарные компьютеры. Однако на сегодняшний день у настольных ПК имеется множество путей развития, и большинство производителей продолжают их усовершенствование. Список литературы 1. Чередов А. Д. Организация ЭВМ и систем: Учебное пособие. – Томск: ТПУ, 2005. С. 3 – 30. 2. Мураховский В. И. Железо ПК. Новые возможности. – СПб.: Питер, 2005. С. 27 – 191. 3. Домашний ПК: Он-лайн журнал. - http://www.dpk.com.ua/ 4. Компьютерра: Он-лайн журнал. – Ст. «ПК (перспективы и контуры) будущего». - http://offline.computerra.ru/2002/426/15178/

Несмотря на огромное разнообразие вычислительной техники и ее необычайно быстрое совершенствование, фундаментальные принципы устройства машин во многом остаются неизменными. В частности, начиная с самых первых поколений, любой персональный компьютер состоит из следующих основных устройств: процессор, память (внутренняя и внешняя) и устройства ввода и вывода информации. Рассмотрим более подробно назначение каждого из них.

Процессор – главное устройство компьютера

Процессор является главным устройством компьютера, в котором собственно и происходит обработка всех видов информации. Другой важной функцией процессора является обеспечение согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера. Соответственно наиболее важными частями процессора являются арифметико-логическое устройство АЛУ и устройство управления УУ.

Каждый процессор способен выполнять вполне определенный набор универсальных инструкций, называемых чаще всего машинными командами. Каков именно этот набор, определяется устройством конкретного процессора, но он не очень велик и в основном аналогичен для различных процессоров. Работа персонального компьютера состоит в выполнении последовательности таких команд, подготовленных в виде программы. Процессор способен организовать считывание очередной команды, ее анализ и выполнение, а также при необходимости принять данные или отправить результаты их обработки на требуемое устройство. Выбрать, какую инструкцию программы исполнять следующей, также должен сам процессор, причем результат этого выбора часто может зависеть от обрабатываемой в данный момент информации.

Хотя внутри процессора всегда имеются специальные ячейки (регистры) для оперативного хранения обрабатываемых данных и некоторой служебной информации, в нем сознательно не предусмотрено место для хранения программы. Для этой важной цели в компьютере служит другое устройство – память. Рассмотрим лишь наиболее важные виды компьютерной памяти, поскольку ее ассортимент непрерывно расширяется и пополняется все новыми и новыми типами.

Память в целом предназначена для хранения, как данных, так и программ их обработки: согласно фундаментальному принципу фон Неймана, для обоих типов информации используется единое устройство.

Память компьютера

Начиная с самых первых персональных компьютеров, память сразу стали делить на внутреннюю и внешнюю. Исторически это действительно было связано с размещением внутри или вне процессорного шкафа. Однако с уменьшением размеров машин внутрь основного процессорного корпуса удавалось поместить все большее количество устройств, и первоначальный непосредственный смысл данного деления постепенно утратился. Тем не менее, терминология сохранилась.

Внутренняя память

Под внутренней памятью современного компьютера принято понимать быстродействующую электронную память, расположенную на его системной плате. Сейчас такая память изготавливается на базе самых современных полупроводниковых технологий (раньше использовались магнитные устройства на основе ферритовых сердечников – лишнее свидетельство тому, что конкретная физические принципы значения не имеют). Наиболее существенная часть внутренней памяти называется ОЗУ - оперативное запоминающее устройство. Его главное назначение состоит в том, чтобы хранить данные и программы для решаемых в текущий момент задач. Наверное, каждому пользователю, известно, что при выключении питания содержимое ОЗУ полностью теряется. В состав внутренней памяти современного компьютера помимо ОЗУ также входят и некоторые другие разновидности памяти. Здесь упомянем только о постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), в котором в частности хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. Как очевидно из названия, информация в ПЗУ не зависит от состояния компьютера (для лучшего понимания можно указать на некоторую аналогию между информацией в ПЗУ и “врожденными” безусловными рефлексами у живых существ). Раньше содержимое ПЗУ раз и навсегда формировалось на заводе, теперь же современные технологии позволяют в случае необходимости обновлять его даже не извлекая из компьютерной платы.

Внешняя память

Внешняя память реализуется в виде довольно разнообразных устройств хранения информации и обычно конструктивно оформляется в виде самостоятельных блоков. Сюда, прежде всего, следует отнести накопители на гибких и жестких магнитных дисках (последние несколько жаргонно пользователи часто именуют винчестерами), а также оптические дисководы (устройства для работы с CD ROM). В конструкции устройств внешней памяти имеются механически движущиеся части, поэтому скорость их работы существенно ниже, чем у полностью электронной внутренней памяти. Тем не менее, внешняя память позволяет сохранить огромные объемы информации с целью последующего использования. Подчеркнем, что информация во внешней памяти, прежде всего, предназначена для самого компьютера и поэтому хранится в удобной ему форме; человек без использования машины не в состоянии, например, даже отдаленно представить содержимое немаркированной дискеты или диска CD ROM.

Современные программные системы способны объединять внутреннюю и внешнюю память в единое целое, причем так, чтобы наиболее редко используемая информация попадала в более медленно работающую внешнюю память. Такой метод дает возможность очень существенно расширить объем обрабатываемой с помощью компьютера информации.

Если процессор дополнить памятью, то такая система уже может быть работоспособной. Ее существенным недостатком является невозможность узнать что-либо о происходящем внутри такой системы. Для получения информации о результатах, необходимо дополнить компьютер устройствами вывода, которые позволяют представить их в доступной человеческому восприятию форме. Наиболее распространенным устройством вывода является дисплей, способный быстро и оперативно отображать на своем экране как текстовую, так и графическую информацию. Для того чтобы получить копию результатов на бумаге, используют печатающее устройство, или принтер.

Устройства ввода

Наконец, поскольку пользователю часто требуется вводить в компьютерную систему новую информацию, необходимы еще и устройства ввода. Простейшим устройством ввода является клавиатура. Широкое распространение программ с графическим интерфейсом способствовало популярности другого устройства ввода – манипулятора мышь. Наконец, очень эффективным современным устройством для автоматического ввода информации в компьютер является сканнер, позволяющий не просто преобразовать картинку с листа бумаги в графический компьютерный файл, но и с помощью специального программного обеспечения распознать в прочитанном изображении текст и сохранить его в виде, пригодном для редактирования в обычном текстовом редакторе.

Функциональная схема современного компьютера

Теперь, когда мы знаем основные устройства компьютера и их функции, осталось выяснить, как они взаимодействуют между собой. Для этого обратимся к функциональной схеме современного компьютера, приведенной на рисунке.

Рисунок 1

Для связи основных устройств компьютера между собой используется специальная информационная магистраль, обычно называемая инженерами шиной. Шина состоит из трех частей:

шина адреса, на которой устанавливается адрес требуемой ячейки памяти или устройства, с которым будет происходить обмен информацией;

шина данных, по которой собственно и будет передана необходимая информация; и, наконец,

шина управления, регулирующей этот процесс (например, один из сигналов на этой шине позволяет компьютеру различать между собой адреса памяти и устройств ввода/вывода).

Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти. Убедившись, что шина в данный момент свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция – чтение, устройство – ОЗУ и т.п.) на шину управления. Теперь ему остается только ожидать ответа от ОЗУ. Последнее, “увидев” на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных. Особо отметим, что обмен по шине при определенных условиях и при наличии определенного вспомогательного оборудования может происходить и без непосредственного участия процессора, например, между устройством ввода и внутренней памятью.

Подчеркнем также, что описанная нами функциональная организация компьютеров на практике может быть значительно сложнее. Современный компьютер может содержать несколько согласованно работающих процессоров, прямые информационные каналы между отдельными устройствами, несколько взаимодействующих магистралей и т.д. Тем не менее, если понимать наиболее общую схему, то разобраться в конкретной компьютерной системе будет уже легче. Магистральная структура позволяет легко подсоединять к компьютеру именно те внешние устройства, которые нужны для данного пользователя. Благодаря ей удается скомпоновать из стандартных блоков любую индивидуальную конфигурацию компьютера.

Похожая информация.