Слайд 2Архитектура персонального компьютера
Слайд 3Персональный компьютер – это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для хранения,
обработки и передачи информации.
Под архитектурой персонального компьютера понимается его логическая
организация, структура и ресурсы.
Слайд 4Основные принципы логического устройства ЭВМ и их структура были предложены
математиком Джоном фон Нейманом в 1946 г.
Слайд 5Согласно принципам фон Неймана, компьютер должен иметь следующие устройства:
арифметико-логическое устройство
(АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции;
устройство управления (УУ), которое организует
процесс выполнения программ;
Слайд 6запоминающее устройство (ЗУ), или память для хранения программ и данных;
внешние
устройства для ввода-вывода информации.
Слайд 7Основополагающие принципы логического устройства ЭВМ – так называемые принципы Джона
фон Неймана:
Принцип двоичного кодирования (вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется
с помощью двоичных сигналов).
Слайд 8Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются
процессором друг за другом в определенной последовательности).
Принцип однородности памяти (программы
и данные хранятся в одной и той же памяти).
Слайд 9Принцип адресности (основная память состоит из пронумерованных ячеек одинаково легко
доступны для других устройств).
Слайд 10Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу «фон-неймановских». На
сегодняшний день это подавляющее большинство компьютеров, в том числе и
IBM PC-совместимые.
Но есть и компьютерные системы с иной архитектурой – например системы для параллельных вычислений.
Слайд 11Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе.
Модульный принцип позволяет
пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и при необходимости
производить ее модернизацию.
Слайд 12Магистральный принцип обмена информацией обеспечивает взаимодействие всех устройств с микропроцессором
и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, называемую системной
шиной.
Слайд 13Системная шина включает в себя:
Шину адреса (ША) которая обеспечивает передачу
адресов ячеек памяти и устройств ввода/вывода, формируемых микропроцессором . Передача
адресов в обратном направлении невозможна.
Слайд 14Шину данных (ШД) которая используется для обмена данными между: микропроцессором
и основной памятью; микропроцессором и портами устройств ввода/вывода; основной памятью
и портами устройств ввода/вывода. ШД является двунаправленной, т.е. по ней возможна передача данных и в направлениях обратных указанным.
Слайд 15Шину управления (ШУ) предназначенную для передачи сигналов управления работой всех
элементов микропроцессорной системы.
Слайд 16Управление системной шиной осуществляется микропроцессором непосредственно, либо через дополнительную микросхему
– контроллер шины. Все блоки подключаются к шине через соответствующие
разъемы непосредственно или через специальные контроллеры (адаптеры).
Слайд 19Микропроцессор – это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления
работой всех остальных блоков, а также выполнения арифметических и логических
операций над информацией.
Слайд 20Функции микропроцессора:
чтение и дешифрация команд из основной памяти и адаптеров
внешних устройств;
выработка управляющих сигналов для всех узлов и блоков компьютера;
обработка
данных и их запись в основную память, и регистры адаптеров внешних устройств.
Слайд 21В состав микропроцессора входят:
Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических
и логических операций над информацией.
Устройство управления координирует взаимодействие различных частей
компьютера.
Слайд 22Микропроцессорная кэш-память предназначена для кратковременного хранения информации, используемой в ближайшие
такты работы машины.
Интерфейсная система микропроцессора предназначена для обеспечения связи с
другими устройствами компьютера
Слайд 23Устройство управления выполняет следующие основные функции:
формирует и подает во все
блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления;
формирует адреса
ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера.
Слайд 24Важнейшими характеристиками микропроцессора являются:
Тактовая частота указывает максимальное число элементарных
операций выполняемых микропроцессором за одну секунду. Измеряется в Гц и
определяется частотой импульсов генератора тактовых импульсов.
Слайд 25Разрядность процессора – это максимальное количество разрядов двоичного кода, над
которым единовременно может выполняться машинная операция. Определяет количество информации, передаваемой
одним массивом (порцией) за один такт.
Размер кэш-памяти.
Слайд 26Для расширения и улучшения функциональных возможностей микропроцессора используются дополнительные платы.
К ним относятся математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти,
сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.
Слайд 27Математический сопроцессор используется для ускорения выполнения операций с числовой информацией.
Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно с
основным микропроцессором, но под управлением последнего. В результате происходит ускорение выполнения операций в десятки раз. Модели микропроцессора, начиная с МП 80486 DX, включают математический сопроцессор в свою структуру.
Слайд 28Контроллер прямого доступа к памяти освобождает микропроцессор от прямого управления
накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает быстродействие компьютера.
Слайд 29Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с микропроцессором значительно ускоряет
выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств. Освобождает микропроцессор
от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует режим прямого доступа к памяти.
Слайд 30Все микропроцессоры можно разделить на группы:
микропроцессоры типа CISC с полным
набором системы команд;
микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;
микропроцессоры
типа VLIW со сверхбольшим командным словом;
микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.
Слайд 32Память – среда или функциональная часть ЭВМ, предназначенная для приема,
хранения и избирательной выдачи данных.
Слайд 33Персональные компьютеры имеют следующие виды памяти:
микропроцессорная память;
ПЗУ (ROM, PROM, EPROM,
EEPROM);
CMOS-память;
оперативная память (ОЗУ, RAM, DRAM);
кэш-память (SRAM);
внешняя память.
Слайд 34ПЗУ (ROM – Read Only Memory, память только для чтения)
предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации. Данные в
ПЗУ заносятся при изготовлении.
Слайд 35В ПЗУ находятся:
BIOS – небольшая программа, отвечающая за базовые функции
и настройки оборудования;
программа управления работой процессора;
программа запуска и остановки компьютера;
Слайд 36программы тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы
его блоков;
программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью.
Слайд 37В настоящее время используются перепрограммируемые ПЗУ, что позволяет менять их
содержимое в процессе эксплуатации.
ПЗУ является энергонезависимой памятью – при отключении
питания информация в нем сохраняется.
Слайд 38«Энергонезависимая» CMOS-память, постоянно питается от своего аккумулятора. В ней хранятся
параметры конфигурации компьютера, которые проверяются при каждом включении системы. Для
изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера – SETUP.
Слайд 39Оперативная память (ОЗУ, RAM – Random Access Memory, память с
произвольным доступом) предназначена для оперативной записи, хранения и считывания информации
(программ и данных), используемой компьютером в текущий период работы.
Слайд 40Все ячейки оперативной памяти объединены в группы по 8 бит
(1 байт). Каждая такая группа имеет адрес, по которому к
ней можно обратиться.
ОЗУ является энергозависимой памятью, при выключении питания информация в нем теряется.
Слайд 41В современных ОЗУ используется динамическая память (DRAM). В которой для
хранения разрядов (битов) используются микросхемы, состоящие из одного конденсатора и
одного транзистора. Транзистор используется для управления, а запоминающим элементом служит конденсатор, который можно либо зарядить до величины логической «1», либо разрядить до логического «0».
Слайд 42Достоинства – возможность создания на ограниченной площади кристалла кремния запоминающей
матрицы огромной емкости и дешевизна производства.
Слайд 43Недостаток – сравнительно невысокое быстродействие и не долговременность хранения заряда
конденсатором (если конденсатор хранит значение «1», то каждые 2 миллисекунды
возникает необходимость восстановления потерянного заряда – регенерации памяти).
Слайд 44В современных микросхемах динамической памяти SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) используется
DDR SDRAM (синхронная память с двойной скоростью передачи данных).
Слайд 45Для ускорения доступа к информации используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память, которая
располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью, в ней
хранятся копии участков оперативной памяти.
Слайд 46Процессор всегда в первую очередь обращается к кэш-памяти, а уж
потом к другим источникам информации (основной и внешней памяти). Принимая
блок данных из оперативной памяти, процессор, согласно специальным алгоритмам, заносит его одновременно и в кэш-память.
Слайд 47В качестве КЭШ-памяти используется статическая память (SRAM), состоящая из электронных
микроэлементов – триггеров, каждый из которых включает в себя несколько
транзисторов.
Слайд 48Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной
информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из
двух состояний после прекращения действия переключающего сигнала.
Слайд 49Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0»,
можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного
в двоичном коде.
Достоинство – быстродействие.
Недостаток – дороговизна, большое количество микроэлементов.
Слайд 50Внешние запоминающие устройства:
Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, hard (magnetic)
disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск – запоминающее устройство произвольного
доступа, основанное на принципе магнитной записи (изменения направления магнитного поля отдельных областей).
Слайд 51Информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины,
находящиеся на одной оси и покрытые слоем ферромагнитного материала. Считывающие
головки в рабочем режиме парят над поверхностью пластин.
Слайд 52Накопители на оптических дисках используют оптический принцип записи и считывания
информации с помощью лазерного луча. Основа диска изготавливается из поликарбоната,
на который нанесён специальный отражающий слой, служащий для хранения информации.
Слайд 53При считывании информации с оптических дисков луч лазера падает на
поверхность диска и отражается от поверхности с различными коэффициентами отражения
меняя свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы.
Слайд 54В процессе записи информации на оптические диски применяются различные технологии:
от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска
с помощью мощного лазера.
Слайд 55Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, floppy disk drive) –
дисковод, предназначенный для считывания и записи информации с гибкого магнитного
диска (дискеты). Хранение данных, представленных двоичным кодом, обеспечивает магнитный слой диска, который может иметь намагниченные и ненамагниченные участки.
Слайд 56Намагниченный участок поверхности кодируется как 1, ненамагниченный – как 0.
Флеш-накопители
– запоминающее устройство, использующее в качестве носителя полупроводниковую энергонезависимую перезаписываемую
память.
Слайд 57В простейшем случае каждая ячейка флэш-памяти хранит один бит информации
и состоит из одного транзистора со специальной электрически изолированной областью
– «карманом». Принцип работы полупроводниковой технологии флеш-памяти основан на изменении и регистрации электрического заряда в «кармане».
Слайд 59Внешние (периферийные) устройства персонального компьютера обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей
средой (пользователями, объектами управления и другими компьютерами).
Внешние устройства подключаются к
компьютеру через специальные разъемы-порты ввода/вывода.
Слайд 60К внешним устройствам относятся:
устройства ввода информации;
устройства вывода информации;
диалоговые средства пользователя;
средства
связи и телекоммуникации.
Слайд 61К устройствам ввода информации относятся:
клавиатура – устройство ручного ввода в
компьютер числовой, текстовой и управляющей информации;
графические планшеты (дигитайзеры) – устройства
ручного ввода графической информации путем перемещения по планшету специального указателя (пера);
Слайд 62сканеры (читающие автоматы) – устройства автоматического считывания с бумажных или
других носителей и ввода в компьютер текстов, графиков, рисунков, чертежей;
Слайд 63устройства указания (графические манипуляторы) – устройства ввода графической и командной
информации путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием
координат курсора и вводом их в компьютер (джойстик, мышь, трекбол, световое перо);
Слайд 64сенсорные экраны – устройства ввода отдельных элементов изображения, программ или
команд с полиэкрана дисплея.
Слайд 65К устройствам вывода информации относятся:
графопостроители (плоттеры) – устройства векторной графики
на бумажный носитель;
принтеры – печатающие устройства для вывода информации на
бумажный носитель.
Слайд 66Виды принтеров: матричные, струйные, лазерные.
В матричных принтерах изображение формируется из
точек, печать которых осуществляются тонкими иглами (9, 18, 24 иглы),
ударяющими бумагу через красящую ленту.
Слайд 67В печатающей головке струйного принтера имеются тонкие трубочки – сопла,
через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки чернил. Матрица печатающей
головки обычно содержит от 12 до 64 сопел.
Слайд 68В лазерных принтерах применяется электрографический способ формирования изображений. Лазер служит
для создания светового луча, вычерчивающего на поверхности светочувствительного барабана контуры
изображения. Барабан при вращении проходит через контейнер, наполненный красящим составом (тонером), и тонер закрепляется на участках, имеющих статический заряд.
Слайд 69При дальнейшем вращении барабана происходит контакт его поверхности с бумажным
листом, в результате чего происходит перенос тонера на бумагу. Лист
бумаги с нанесенным на него тонером протягивается через нагревательный элемент, в результате чего частицы тонера закрепляются на бумаге.
Слайд 70К диалоговым средствам пользователя относятся:
видеотерминалы – устройства для отображения вводимой
и выводимой информации. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера
(видеоадаптера).
устройства звукового ввода/вывода. К ним относятся различные микрофонные акустические системы, а также синтезаторы звука.
Слайд 71Видеоконтроллер (Video Display Controller, VDC) входит в состав видеокарты и
представляет собой микросхему, являющуюся главным компонентом схемы формирования видеоизображения из
двоичного кода.
Слайд 72Монитор – устройство, предназначенное для визуального отображения информации.
Основной характеристикой монитора
является разрешающая способность, которая определяется максимальным количеством точек, размещающихся по
горизонтали и по вертикали на экране монитора.
Слайд 73К устройствам связи и телекоммуникации относятся модем и сетевая карта
(сетевой интерфейсный адаптер).
Модем – устройство для передачи компьютерных данных на
большие расстояния по телефонным линиям связи.
Слайд 74Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты
звукового диапазона – этот процесс называется модуляцией, а также обратное
преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем – модулятор/демодулятор.
Слайд 75Сетевая карта (англ. network interface controller) – периферийное устройство, позволяющее
компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.
Передача осуществляется за счет изменения
напряжения во времени.
Сетевая карта оборудована собственным процессором и памятью. В зависимости от технологии сети используются сетевые карты с различными разъемами.