АРХИТЕКТУРА ПК

при обучении программированию принято использовать простую функциональную схему, близкую к

схеме фон Неймана

– компьютер состоит из модулей, каждый модуль может быть заменен.
Шинная

организация – все устройства подключены к одному каналу, называемому общей шиной (системной магистралью); возможно свободное подключение новых модулей.
Открытость, модульность и шинная организация обеспечивают возможность модификации, усовершенствования компьютера.

ПК (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.п.).
Запоминающее устройство (накопитель)

на жестком магнитном диске (винчестер), предназначенный для долговременного хранения больших объемов информации (сотни ГБ).
Другие устройства долговременной памяти.

устройства:
процессор - основная микросхема, выполняющая математические и логические операции;
шины -

набор проводников, по которым происходит обмен сигналами между устройствами компьютера;
оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - набор микросхем, предназначенных для временного сохранения данных, пока включен компьютер;
постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, даже при отключенном компьютере;
энергонезависимая память (CMOS);

чипсет (микропроцессорный комплект) - набор микросхем, которые обеспечивают связь устройств материнской платы (процессор-ОЗУ) и устройств материнской платы с другими устройствами (процессор-жесткий диск);
разъемы для подсоединения дополнительных устройств (слоты).

главная микросхема ПК!

преобразование данных по командам программы: арифметические действия над числами, логические

операции, преобразование кодов и др.

последовательности оно выбирает из оперативной памяти команду за командой. Каждая

команда декодируется, по потребности элементы данных из указанных в команде ячеек оперативной памяти передаются в АЛУ; АЛУ настраивается на выполнение действия, указанной текущей командой (в этом действии могут принимать участие также устройства ввода-вывода); дается команда на выполнение этого действия. Результаты выполнения команды могут передаваться в оперативную память. Для выбора команд в используется специальный регистр - СА.

Ассоциативная – данные извлекаются не по адресу, а по другим

признакам (содержимому ячейки).
Затребованные процессором данные сохраняются в кэше, чтобы их можно было использовать при повторных запросах. Когда процессору требуются данные, он сначала обращается к кэш-памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные данные, происходит обращение к оперативной памяти. Данные, которые долго не используются, заменяются новыми данными.
Чем больше размер кэш-памяти, тем большая вероятность, что необходимые данные находятся там. Поэтому высокопроизводительные процессоры имеют большие объемы кэш-памяти.

2 принципа:
Принцип локальности программ. Обращение к памяти носит не случайный

характер. Все данные программы лежат в одном месте памяти.
Принцип временной локальности. При считывании данных из памяти можно предположить с высокой степенью вероятности, что в ближайшем будущем она обратится к этим данным.

и имеет объем порядка несколько десятков Кбайт.
Второго уровня - выполняется

на отдельном кристалле, близком к процессору, с объемом в сто и более Кбайт.
Третьего уровня - выполняется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате и имеет объем один и больше Мбайт.

тактовой частоты;
размер кэш-памяти.

процессором за единицу времени.
Тактовая частота современных процессоров измеряется

в МГц и ГГц. 1 Гц соответствует выполнению одной операции за одну секунду, 1 МГц=106 Гц. 1 ГГц = 103 МГц.
Чем больше тактовая частота, тем больше команд может выполнить процессор, и тем больше его производительность. Первые процессоры, которые использовались в ПК, работали на частоте 4,77 МГц, сегодня рабочие частоты современных процессоров достигают имеют порядок нескольких ГГц.

и обработать в своих регистрах за один такт. Разрядность процессора

определяется разрядностью командной шины, то есть количеством проводников в шине, по которой передаются команды. Типичная разрядность современных процессоров равна 32.

маркам процессоров отвечают разные материнские платы. Рабочее напряжение процессоров не

превышает 3 В. Снижение рабочего напряжения разрешает уменьшить размеры процессоров, а также уменьшить тепловыделение в процессоре, что разрешает увеличить его производительность без угрозы перегрева.

из этой шины процессор считывает адреса команд, которые необходимо выполнить,

а также адреса данных, с которыми оперируют команды. В современных процессорах адресная шина 32-разрядная, то есть она состоит из 32 проводников.

в регистры процессора и обратно. В современных ПК 32- или

64-разрядная.

процессором. Команды представлены в виде байтов. Простые команды вкладываются в

один байт, но есть и такие команды, для которых нужно два, три и больше байта. Большинство современных процессоров имеют 32-разрядную командную шину, хотя существуют 64-разрядные процессоры с командной шиной.

материнской плате.

(самое быстрое из всех устройств памяти, не входящих в состав

процессора).
Random Access – случайный (произвольный) доступ – см. принцип адресности фон Неймана (доступ к ячейкам по адресу).
С ОЗУ работает процессор (берет информацию из ячеек памяти и записывает информацию в ячейки).
Данные в ОЗУ хранятся лишь временно, пока включен компьютер.
ОЗУ современных компьютеров - это массив кристаллических ячеек, способных сохранять данные. По физическому принципу ячейки бывают двух видов: микроконденсаторы (заряженный -1, незаряженный - 0) и триггеры; последние имеют большее быстродействие, большую стоимость и большие размеры. Как правило, микроконденсаторы используются для основной части ОЗУ, а триггеры – для кэша ОЗУ. Память на конденсаторах называется динамической, а память на триггерах – статической .

(нс).

информацию, даже при отключенном компьютере.
Программы, которые находятся в ПЗУ, "зашиты"

в ней - они записываются в ПЗУ на этапе изготовления микросхемы.
Система программ, находящихся в ПЗУ, называется базовой системой ввода/вывода (Basic Input Output System - BIOS). Основное назначение BIOS состоит в том, чтобы проверить состав и трудоспособность системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жесткими и гибкими дисками.
BIOS работает сразу после включения компьютера.

конфигурации компьютера (составе, характеристиках и работоспособности устройств – гибких и

жестких дисках, процессорах, … ). Эту информацию нельзя хранить ни в ОЗУ (исчезнет при выключении ПК), ни в ПЗУ (подлежит изменению).
Информация CMOS используется BIOS.
Микросхема памяти CMOS питается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате.
Технология CMOS используется и в других целях. Это технология построения транзисторных схем. Она характеризуется малым потреблением энергии; в статическом состоянии энергия практически не потребляется; в основном энергия расходуется при переключении. CMOS-схемы также характеризуются высоким быстродействием, сложным технологическим процессом изготовления и малой плотностью упаковки.

внешних относительно материнской платы устройств (накопителей), предназначенных для долговременного хранения

информации.

Накопитель = носитель + привод

Носитель - это физическое устройство среда хранения информации (магнитный диск, оптический диск, карта памяти).
Привод - это механизм чтения-записи и соответствующие электронные схемы управления.

в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического

излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой, который и служит для хранения информации. Для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч искажается мельчайшими выемками (питами, от англ. pit — ямка, углубление) на специальном слое, и это можно измерить.

памяти.
Положительные свойства: компактность, дешевизна, низкое энергопотребление.
В основном используется в переносных

устройствах.
широкое распространение получили USB флеш-накопители.
Не вытесняют ЖМД из-из более высокого соотношения цена / объем памяти.

экрана
Под действием напряжения молекулы поворачиваются, поэтому меняется интенсивность фильтрация световой

волны

Плазменные

Изображение получается с помощью люминесцентных (газоразрядных) ламп. Излучаемый свет является результатом движения плазмы в условиях сильного электрического поля.

светящихся точек – пикселей.
Цвет каждого пикселя – результат смешения трех

цветов (красного, зеленого, синего). Каждый пикселей состоит из трех подпикселей (кр. ,зел., син.)

ЭЛТ: подпиксель – электронная пушка.
ЖКЭ: подпиксель – поляризованная молекула.
Плазменный экран: подпиксель – маленькая люминесцентная лампа.

вес.
Относительно высокое (особенно по ср. с ЖК) потребление энергии.
Генерация вредного

для здоровья человека электромагнитного излучения (но: ЖК излучает поляризованный свет – неизвестно, как он влияет на человека).
На экране мерцание, блики – это вредно для глаз.
Высокое качество изображения (хорошая цветопередача, качество при любом разрешении).
Угол обзора большой.

геометрией изображения и четкостью (в отличие от ЭЛТ).
Низкая мощность

потребления электрической энергии (~5 Вт, по сравнению, монитор с электронно-лучевой трубкой потребляет ~100 Вт).
Низкий уровень электромагнитного излучения.
Малые габариты и вес (по ср. с ЭЛТ).
Не боится помех от электромагнитных полей.

лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей

чёткости. Причем слишком низкие разрешения (например 320×200) вообще не могут быть отображены на многих мониторах.
Цветовой охват и точность цветопередачи ниже, чем у плазменных панелей и ЭЛТ соответственно. На многих мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах).
Нет глубокого черного цвета (выключенный пиксель излучает свет).
Фактическая скорость смены изображения также остаётся ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев.
Зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии.
Массово производимые ЖК-мониторы плохо защищены от повреждений. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей.

Несмотря на недостатки, в настоящее время ЖК-мониторы являются одним из основных, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов.

чем у ЖК-дисплеев. По ср. с ЭЛТ цветовой диапазон "плазмы"

в ряде случаев бывает хуже.
Углы обзора шире, чем у ЖК-дисплеев. Основной причиной является то, что пиксели в "плазме" сами излучают свет, а у ЖК-дисплеев свет от лампы подсветки проходит через кристалл пикселя.
Контрастность "плазмы" аналогична лучшим ЭЛТ, глубокий черный свет (выключенный пиксель не излучает свет).
Можно обеспечит лучшую яркость, чем даже у ЭЛТ (но не равномерно по экрану).
Можно обеспечить большие размеры экрана при минимальной толщине.

или 0,6 мм практически невозможно. Поэтому плазменные экраны с диагональю

меньше 32" (82 см) попросту не существуют. Для обеспечения достойного разрешения у производителей плазменных панелей нет другого выбора, кроме как повышать размер дисплея с 32 до 50 дюймов (с 82 до 127 см).
Полностью избавиться от мерцания на плазменных панелях не удаётся, особенно с близкого расстояния. Так что картинка на плазменном экране больше, но и сидеть от экрана надо дальше.
У пикселей плазмы выгорает люминофор (как у ЭЛТ). При долговременном выводе одной и той же картинки, она станет заметна на экране.
Энергопотребление выше, чем у ЖК-мониторов.
Высокая стоимость

(количество точек – пикселей – по горизонтали и вертикали экрана),

например: 800х600, 1024х768, 1152х864.
Частота регенерации (частота кадровой развертки). Показывает, сколько раз за 1 с монитор может полностью обновить изображение на экране. В настоящее время минимально допустимой считается частота в 75 Гц, нормальной - 85 Гц, комфортной - 100 Гц и больше. У ЖК-дисплеев эта частота~ 60Гц. Этот параметр зависит и не только от монитора, но и от характеристик видеоадаптера.
Класс защиты - стандарт, которому отвечает монитор с точки зрения техники безопасности. Общепринятые международные стандарты TCO-92, TCO-95 и ТСО-99 ограничивают уровни электромагнитного излучения и другие эргометрические и экологические характеристики в рамках, безопасных для здоровья человека.

в слот материнской платы.
Видеопамять – память, входящая в состав видеоадаптера,

предназначенная для хранения или формирования изображения на экране.
Необходимый объем видеопамяти зависит от требуемых разрешения монитора, количества цветов изображения и количества страниц изображения, хранимых в видеопамяти.
Графический драйвер – программа, управляющая видеоадаптером.