Архитектура и структура персонального компьютера (ПК) ... Подготовил ст

Ж.К.
Государственный медицинский университет города Семей
Кафедра общественного здравоохранения и информатики

2010

год

Здесь и в дальнейшем переход на следующий слайд осуществляется щелчком мышью

машины (компьютера)
Структура электронно вычислительной машины (компьютера)
Основные элементы персонального компьютера 1
Основные

элементы персонального компьютера 2
Технические средства хранения информации
Дополнительные устройства
Правильный порядок включения компьютера
Правильный порядок выключения компьютера

Содержание

...

управления
Система команд
Форматы данных
Скорость
...

обработки информации и использования ее в числовом формате.
Датой появления ЭВМ

считается 15-ое февраля 1946-года, день запуска в работу электронного компьютера ЭНИАК Дж. Эккертом и Дж. Моучли Пенсильванском университете США. В этом компьютере был использован 18 тысяч электронных ламп. Он занимал площадь в 135 м2. Вес составлял 30 тонн, а потребляемая электроэнергия порядка 150 кВт.
В СССР первый высоко скоростная большая ЭВМ была создана 1952 году под руководством академика С.А. Лебедева.

...

Минимальная конфигурация компьютера состоит
системного блока,
клавиатуры и
монитора (дисплея).

Системный блок

Монитор

Клавиатура

- поколение
использовались полупроводниковые диоды и транзисторы (1956-1964)
3 - поколение

Изготовлялись на основе интегральных схем
(1964-1971)

4 - поколение
с применением больших интегральных схем
(1971- до настоящего времени)

5 -поколение
с применением сверх больших интегральных схем, оптических элементов (в будущем)

...

большие ЭВМ (универсальные общего пользования);
средние ЭЕМ;
малые ЭЕМ;
микро-ЭЕМ;

персональные компьютеры;
микропроцессоры.

...

Настольный компьютер – Desk Top

ПК самый мощный и с большими возможностями. Устанавливантся на рабочем месте для постоянного пользования.

Настольный переносной компьютер – Desk Not

По функциональным возможностям не уступает настольным ПК, но возможности обновления ограничены. Легко переносится из одного кабинета в другой. Можно считать настольный компьютер формата NoteBookі.

Переносные компьютеры - NoteBook

Их главная особенность –совместимость очень высоких функциональных возможностей с простотой переносимости. Их можно всегда носить с собой.

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) - состоит из

одного арифметико-логического устройства (АЛУ) по которому проходит поток данных и одного управляющего устройства для потока команд. Это архитектура однопроцессорного компьютера. Персональные компьютеры относятся к этой архитектуре.

Много процессорная архитектура. Наличие нескольких процессоров в компьютере создает возможность организации одновременно множества потоков данных и команд. Поэтому на одном компьютере одновременно можно выполнить несколько фрагментов одной задачи. В таких компьютерах имеется несколько процессоров и одна оперативная память.

...

Архитектура электронной вычислительной машины (компьютера)

Архитектура компьютера определяет принцип его работы, информационные связи и взаимное соединение основных логических элементов компьютера: процессора, внутренних и внешних памятей и внешних устройств.

Память

Программы

Данные

Счетчик команд

Регистр команд

Регистр операнд

Сумматор

УУ

АЛУ

Вход

Вы ход

Процессор

Процессор

Процессор

Процессор

Регистр команд

Регистр команд

Регистр команд

Счетчик команд

Счетчик команд

Счетчик команд

Регистр операнд

Регистр операнд

Регистр операнд

Сумматор

Сумматор

Сумматор

УУ

УУ

УУ

АЛУ

АЛУ

АЛУ

Оперативная память

УУ. Множество данных обрабатываются одной программой, т.е. одним потоком команд.

Компьютеры с такой архитектурой обеспечивают максимальную скорость обработки данных, если одновременно вычисления производятся с несколькими однотипными потоками данных.

Многомашинная вычислительная система. В этой архитектуре для нескольких процессоров, входящих в вычислительную систему будет не одна оперативная память, а у каждого процессора отдельно. В много машинной архитектуре каждый компьютер является компьютером классической архитектуры. В таких вычислительных системах решаются задачи специализированной структуры, которая должна разбиваться на столько слабо связанных задач, сколько компьютеров в системе.

...

Архитектура электронной вычислительной машины (компьютера)

Счетчик команд

Регистр команд

УУ

Регистр операнд

Сумматор

АЛУ

Регистр операнд

Сумматор

АЛУ

Регистр операнд

Сумматор

АЛУ

Оперативная память

Память

Память

Память

Процессор

Процессор

Процессор

Программы

Программы

Программы

Данные

Данные

Данные

УУ

УУ

УУ

АЛУ

АЛУ

АЛУ

Компьютер 1

Компьютер 2

Компьютер N

совокупность его функциональных элементов и связи между ними.
Элементы это

различные устройства – от основных логических устройств до самых простых схем.
Структура компьютера представляется графически в виде структурной схемы и с ее помощью можно дать объяснения о любом уровне компьютера.

...

для флоппи дисков
Жесткий диск
Оперативная память
Внутенняя структура системного блока
Дисководы для CD

и DVD дисков

Дисководы для CD и DVD дисков

Дисководы для флоппи дисков

Основное устройство компьютера - системный блок
В нем расположены основные элементы ПК. В состав системного блока входят: процессор, оперативнная память (RAM), постоянное запоминающеее устройство, блок питания, порты входа-выхода и устройства включения устройств хранения и переноса информации.

...

Основные устройства персонального компьютера (ПК) 1

является ядром системы. Она является основной частью ПК, а остальные

элементы присоединяются к ней, поэтому можно считать, что материнская плата управляет всеми устройствами. При работе с компьютером все данные проходят через материнскую плату и обрабатываются. Материнская плата работает с частотой намного ниже частоты процессора, так как она состоит из совокупности множества проводников и микросхем. Рабочая частота материнской платы 100 – 200 МГц.

Основные устройства персонального компьютера (ПК) 1

...

Процессор, радиатор, кулер

Оперативная память

Звуковая плата

Порты

На материнской плате находятся:
Процессор – основная микросхема, являющийся как бы “мозгом” компьютера;
Микропроцессорная совокупность (чипсет) – совокупность микросхем, управляющих всеми внутренними устойствами и определяющих основные служебные возможности материнской платы;
Шина –совокупность проводников с помощью которых внутренние устройства ПК обмениваются сигналами;
Оперативная память – совокупность микросхем, где временно хранится информация только во время работы компьютера;
Постоянная память –микросхема для долгого хранения информации, даже при отключении ПК;
Разъемы (слоты) для присоединения дополнительных внутренних устойств.

Слот

и обрабатывающий все данные путем выполнения над ними арифметические и

логические действия.
Процессоры выполняют все действия, в том числе и вычисления, необходимые для работы программ. Чем больше скорость работы процессора, тем быстрее и скорость работы компьютера.
Скорость работы процессора определяется его тактовой частотой, измеряемой в мегагерцах (МГц). Если тактовая частота первых процессоров был не более
4,77 МГц, настоящее время у некоторых процессоров более 3 ГГц.
Следующая характеристика процессоров это измеряемая в битах, разрядность – количество информации принимаемой и обрабатываемой за один такт. У первых компьютеров не превышал 16 бит, в настоящее время порядка 32 – 64 бит.

Процессор

Охладитель-радиатор

Вентилятор-кулер

В состав процессора входит:
Устройство управления (УУ)– образует и отправляет управляющие импульс-сигналы, доставляемые в нужное время всем болкам компьютера;
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – производит арифметические и логические действия над числовыми и текстовыми данными;
Микропроцессорная память (кэш память) – память, предназначенная для хранения, записи и передачи информации, необходимых в ближайщие такты работы процессора для поддержания быстроты его работы.
Интерфейсная система процессора– обеспечивает взаимодействия как внутренних устройств процессора, так и взаимодействие процессора со всеми устройствами компьютера.

...

Основные устройства персонального компьютера (ПК) 1

дополнения, сокращения и другие, т. е. необходимую обработку данных в

полном смысле этого слова.
В целях обработки данных процессор должен выполнить бесчисленное количество арифметических и логических действии.
Устройствами, выполняющими арифметико-логические действия являются конъюнктор, дизъюнктор және инвертор.
На их основе выполняются достаточно сложные арифметико-логические действия.

...

Основные устройства персонального компьютера (ПК) 1

появится на
экране монитора
Кэш-память
Промежуточная память,
Служащая для
обеспечения
достаточной
быстроты обмена

информацией между
оперативной памятью
и процессором.
Кэш память
находится в теле
процессора.

Постоянно
запоминающее
устройство.
Информация в ПЗУ не теряется
и при выключении компьютера.
Можно читать команды
записанные в ПЗУ,
но невозможно записывать
информацию или команду.

Память
для временного
хранения информации
Оперативная память
Предназначен для
своевременной доставки
информации в целях
обеспечения бесперебойной
работы процессора.
При выключении компьютера
информация в ОЗУ стирается.
Информацию в ОЗУ
можно читать и можно
записывать в него новую
информацию и команду

...

Энергонезависимая память
(CMOS) информация в ней не
стирается при отключении компьютера,
данные в ней можно изменять
и дополнять.
В ней хранятся параметры различных
устройств компьютера.

Основные устройства персонального компьютера (ПК) 1

– предназначена для своевременной доставки информации процессору для бесперебойной работы

последнего. В ОП информация хранится кратковременно. Основные характеристики оперативной памяти – информационная емкость и скорость передачи данных. В первых персональных компьютерах емкость была порядка 256 Кбайт, в настящее время измеряется в нескольких Гбайтах. Скорость передачи данных измеряется Мбайт/с или Гбайт/с.

Оперативная память в соответствии с методами доступа и адресации делится на отдельные, иногда частично или полностью перекрывающиеся области, имеющие общепринятые названия. Например, в 16 Мбайтной памяти емкость по областям распределяется следующим образом:

...

Основные устройства персонального компьютера (ПК) 1

дисковод) или Hard disk Drive (HDD) или винчестер – это

основная база данных компьютера. Емкость жесткого диска очень разнообразен и измеряется мегабайтах и гигабайтах. В настящее время емкость жесткого диска 80-500 Гбайт и более. Время доступа к информации порядка 6 мс, скорость вращения 7200 об/мин

...

Жесткий диск это одноосный один или несколько алюминевых или керамических дисков. Поэтому он имеет не n, а 2n (где n количество дисков) поверхностей. Поверхности дисков покрыты магнитным веществом, располагающимся по концентрическим окружностям-дорожкам. Дорожки разделяются на сектора. Минимальная единица размещения информации кластер занимает один или несколько рядом расположенных сегментов.

Кластер

Дорожка

Сектор

Диск 1

Диск 2

Диск 3

Диск 4

Основные устройства персонального компьютера (ПК) 1

для гибких дисков читают и записывают на диски размером в

3,5 –дюйма. Эти диски в основном служат как переносчики информации. Их информационная емкость– 1,44 Мб. На компьютерах дисководы для гибких дисков обозначаются буквой «А».

Дисководы CD и DVD дисков
Дисководы CD и DVD дисков дают возможность записывать и читать информацию на компакт диски. CD и DVD диски являются как переносчиками , так хранилищем информации. Информационная емкость CD диска 400Мб, DVD диска 4,7 Гб.

...

Основные устройства персонального компьютера (ПК) 2

видеосистему компьютера.
Из-за расположения эту память

часто называют видепамять (videoRAM немесе VRAM). Чем больше объем памяти видеокарты, тем с большим разрешением и цветом может показывать изображения и видеоролики.

Звуковая плата
Звуковая плата дает возможность создавать и записывать высоко качественное звуки. Расширенные возможности использования звука создаваемого звуковой платой требуется во время работы с видеоиграми и разными программами.

...

Основные устройства персонального компьютера (ПК) 2

магнитных лентах. Информационная емкость магнитных картриджей для стимеров составляет порядка

нескольких сотен.

...

Переносные устройства хранения информации
“Гибкий диск” (флоппи-диск) или дискета
Диск размерами в 3,5 дюйма вмещает информацию
1,44 Мб

Переносные устройства хранения информации

CD – диск или компакт – диск
В CD – диск можно записать информацию до 800 Мб

Переносные устройства хранения информации
USB диск или флеш-диск. Флеш-диски полностью отстранили от применения флоппи-дисков.
Емкость флеш-дисков от 128 Мб до 16 Гб

нескольких Gb
ROM - 64 kb
HDD – от 10 Gb

до 100 Gb
FDD - 1,44 Mb
CD-ROM – 800 Mb
Flash – в настоящее время до 16 Gb
DVD (Digital Versatile Disk) - 4,7 Gb (односторонний)
DVD (Digital Versatile Disk) - 8,4 Gb (двусторонний)

...

Технические средства хранения информации

плоттер, звуковые устройства

страницы и вводит в компьютер. Сканеры бывают различного вида: планшетные,

барабанные, форматные, ручные и штрих сканер.

Дополнительные устройства

...

Устройствами ввода графических данных являются СКАНЕРЫ,
ГРАФИЧЕСКИЕ ПЛАНШЕТЫ и ЦИФРОВЫЕ ФОТОКАМЕРЫ

Характеристики сканера
разрешающая способность (РС), dpi
(количество точек на дюйм);
производительность, время
сканирования стандартного листа;
динамический диапазон (ДД)
логарифм отношения яркости светлых участков на яркость темных участков.
Для офисных сканеров
РС – 600 – 1200 dpi, ДД – 1,8 – 2,5;
Для специализированных сканеров РС – 1200 – 3000 dpi, ДД – 2,5 – 3,5.

клавиши
Алфавитно-цифровые клавиши
Клавиши управления курсором
Малая цифровая клавиатура
Стандартно-управляющие клавиши
Мышь – устройство ввода

управляющей информации. В операционных системах настоящего времени с графическим интерфейсом мышь используется для облегчения и ускорения ввода команд управления.

Дополнительные устройства

Устройства ввода

– устройство способствующее обмену информацией между компьютерами по телефонным линиям

или по сетью связи.

Основные характеристики
производительность в бит/с, определяющий количество информации передаваемой в единицу времени;
поддерживаемый протокол связи определяет эффективность взаимосвязи с другими сопредельными модемам:
шинный интерфейс определяющий простоту соединения и настройки модема.

Сетевая плата
Сетевая плата создает возможность
соединения компьютера
к компьютерной сети.
Существует несколько типов
сетевой платы : Ethernet, token ring
и платы, организующие
взаимодействие
с беспроволочной сетью
– самые известные
Ethernet и беспроволочная сеть.

Устройства обмена информацией

Дополнительные устройства

струйные, литерные, лазерные и светодиодные. Так же различают черно-белые и

цветные принтеры.

...

Матричных принтерах данные выводятся на бумагу как оттиск, образующийся при ударе цилиндрических стержней (“иголок”) через красящую ленту. Качество печати зависит от количества иголок на печатающей головке. Наиболее распространены головки с 9 и 24 иголок. Последние дают изображение как пишущие машинки.
В струйных принтерах изображение на бумаге формируется из пятен, образующихся от микрокапель красителя на бумаге. Качество печати зависит от формы и размера капель и от характера впитывания красителя бумагой, т.е. От вязких свойств красителя и свойства бумаги.
Литерные принтера имеют литера подобно пищущим машинкам и ударяя ими бумагу через красящую ленту оставляют изображение. Так как количество литеров ограничено и ограничено возможности принтера.

Устройства вывода информации

Дополнительные устройства

метод ксерокопии: свет излучаемый лазером отражаясь от зеркала попадает на

светочувствительный барабан, эти облученные участки барабана электризуются и притягивают к себе красящий порошок (тонер). При контакте с бумагой тонер переносится на бумагу и закрепляется на ней при прохождении бумаги через нагревательное устройство. Развертка изображения выполнятся вращением зеркала.
Светодиодные принтера работают подобно лазерным, только источником света является не лазер а линейка светодиодов. В светодиодных принтерах по сравнению с лазерными меньше подвижных частей, поэтому их конструкция проще и надежнее.
Основные характеристики принтеров:
Разрешающая способность (РС) количество точек на дюйм, dpi – для принтеров среднего класса 600 dpi, для професссионалных принтеров 1800 dpi;
производительность, количество распечатаемых стандартых листов в минуту;
Формат используемой бумаги;
Объем собственной оперативной памяти;
стоимость распечатки одного стандартного листа А4.

Колонка устройство вывода звуковой информации

Дополнительные устройства

графической информации.
Мониторы бывают с электронно-лучевой трубкой и жидко-кристаллический,

цветной и черно-белый, друг от друга отличаются размерами (диагональ экрана 9-42 дюйм или 23-106см).

...

Плоттер (графостроитель)
Педназначен для вывода схем (графиков, схемм) на бумагу. Плоттер в медицинских исследованиях примеяются при электрокардиографии (ЭКГ), фонокардиографии (ФКГ), эхоэнцефалографии (ЭЭГ) и др.

Устройства вывода

Дополнительные устройства

1) частота смены кадров (кадровая развертка)
Если кадр (изображение на экране) с частотой 25 Гц, то глаз воспринимает его как непрерывное движение, но быстро устает от мерцания экрана. Поэтому современных мониторах поддерживаются смена кадров частотой порядка 70-80 Гц, а в мультичастотных мониторах 50-120 Гц.

2) строчная развертка
Строчная развертка тесно связана с кадровой разверткой. Увеличение частоты кадровой развертки требует увеличения и строчной развертки. Если кадровая развертка порядка 70-80 Гц, то строчная развертка должна быть в пределах 40-50 кГц.

3) разрешающая способность
Разрешающая способность зависит от размеров (диаметра) мозаичных эленментов экрана монитора. Диаметр мозаичных элементов обычно в пределах от 0,18 мм до 0,41 мм.
Разрешающая способность экрана монитора указывается количеством пикселей в горизонтальном и вертикальном направлении на поверхности экрана и их количество имеют следующие значения: 640х480, 800х600, 1024х768, 1600х1200 и другие.
На монитре диагональю 14 дюйм (ширина 265 мм) для того, чтобы разрешающая способность была 1024, диаметры мозаичных элементов должны быть не менее 265мм/1024=0,22мм (отношение ширины экрана в мм на количество пикселей по горизонтали), иначе пиксели будут сливаться и изображение будет не четким.

основными внутренними устройствами и портов общего назначения, связывающие с с

внешними устройствами (принтер, мышь и др.). Порты общего назначения разделяютяся на параллельные, обозначаемые LPT1-LPT3 и последовательные, обозначаемые COM1-COM3. Параллельные порты работают очень быстро, но для связи требуют большого количества проводников. Порт для соединения с принтером параллельный, а порт к которому соединяется модем относится к последовательным.

Порты для подключения дополнительных устройств

Порт RJ45 для соединения с кабелем локальной сети

LPT порт – для соединения с принтером

Порт PS/2 для мыши

Порт PS/2 для клавиатуры

Порт для монитора

USB-порты (для флэш-дисков, печатных устройств

COM порт

Микрофон

Аудио-вход

Аудио-выход

...

Порты –
Разъемы не передней или задней стенке корпуса компьютера. К ним обычно соединяются различные устройства через кабель. Количество устройств, соединяемых к портам, и их типы зависят от количества портов и их типа.

внешних устройств (принтера)
4. Включение системного блока
...

работы”
3. Щелкнуть по кнопке “Выключение”
4. Выключение внешних устройств (принтер)
5.

Выключение монитора
6. Выключение бесперебойника напряжения

...

Правильный порядок выключения компьютера





