Магистрально-модульный принцип построения компьютера




Скачать 167.33 Kb.
НазваниеМагистрально-модульный принцип построения компьютера
Дата публикации03.06.2015
Размер167.33 Kb.
ТипДокументы
edushk.ru > Информатика > Документы
Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Компьютер (ЭВМ) — это универсальное электронное программно-управляемое устройство для хранения, обработки и передачи информации.

Архитектура ЭВМ — это общее описание структуры и функций ЭВМ на уровне, достаточном для понимания пользователем принципов работы и системы команд ЭВМ.

Другими словами, архитектурой называются основные части компьютера и связь между ними.

Этот материал по архитектуре компьютера не включает в себя глубокое описание деталей технического и физического устройства компьютера. Его задача – дать общее представление.

^ Основные компоненты архитектуры ЭВМ:

- процессор,

- материнская плата,

- внутренняя (основная) память,

- внешняя память,

- устройства ввода,

- устройства вывода.

Самым массовым типом ЭВМ в настоящее время является персональный компьютер (ПК). ПК — это малогабаритная ЭВМ, предназначенная для индивидуальной работы пользователя и оснащенная удобным для пользователя (дружественным) программным обеспечением.

Основным устройством компьютера является микропроцессор (МП) или CPU (Central Processing Unit). Он управляет работой всех узлов ПК и выполнением программ.

Это миниатюрная электронная схема, созданная путем очень сложной технологии. Процессор находится внутри системного блока на материнской плате, там же располагается и внутренняя память компьютера. Внутри системного блока также помещаются: блок питания, дисководы, контроллеры внешних устройств. Системный блок обычно снабжен внутренним вентилятором для охлаждения (cooler).

Кроме системного блока в обязательный минимальный комплект ПК входят клавиатура и монитор (дисплей). Дополнительно к ПК могут быть подключены: принтер, манипулятор типа "мышь", модем, сканер и др.
Все устройства ПК, кроме процессора и внутренней памяти, называются внешними устройствами.
Практически все модели современных ПК имеют магистральный тип архитектуры (в том числе самые распространенные в мире IBM PC, а также Apple Macintosh). Ниже представлена схема устройства компьютеров, построенных по магистральному принципу (рис.1).


Материнская плата

Процессор




Внутр.память
















Информационная магистраль (шина)
















монитор




дисковод




клавиатура




принтер

Рис.1

Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через информационную магистраль (другое название — общая шина). Магистраль — это кабель, состоящий из множества проводов. По одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) — адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали — шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.)

Иными словами, любая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине (как письмо сопровождается адресом на конверте). Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства.

В современном ПК реализован принцип открытой архитектуры. Этот принцип позволяет менять состав подключенных устройств (модулей) ПК. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие. Например, можно увеличить внутреннюю память (вставить дополнительные модули), заменить видеокарту на более производительную, добавить жесткий диск и т.д.
Аппаратно подключение периферийного устройства к магистрали осуществляется через специальный блок — контроллер (адаптер). Программное управление работой устройства производится через программу — драйвер, которая является компонентом операционной системы (ОС).

^ Материнская плата
Материнская плата является своеобразным «фундаментом» для всех комплектующих компьютера. Именно в нее включаются все основные устройства: видеокарта, оперативная память, процессор, жесткие диски и т. д. Другими словами, это платформа, на которой строится вся остальная конфигурация компьютера.
^ Процессор и его характеристики
Процессорэто центральное устройство компьютера. Назначение процессора:

- управлять работой ЭВМ по заданной программе;

- выполнять операции обработки информации.

Процессор выполняет команды на языке машинных команд в двоичном коде.

Тактовая частота

Процессор работает в тесном контакте с микросхемой, которая называется генератором тактовых частот (ГТЧ). ГТЧ вырабатывает периодические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. Это своеобразный метроном внутри компьютера. В ритме этого метронома работает процессор.

Тактовая частота равна количеству тактов в секунду. Такт — это промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего.

На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Ясно, что если "метроном стучит" быстрее, то и процессор работает быстрее. Тактовая частота измеряется в герцах — Гц. Частота 1 МГц соответствует миллиону тактов в 1 секунду. Частота 1 ГГц ~ 1000 000 000 Гц.

Производительность ПК напрямую зависит от частоты. Но с ростом частоты растет и тепловыделение. Поэтому конструкторы не могут постоянно увеличивать частоту. Современные процессоры в массовом секторе ограничены сверху частотами в 3,6 ГГц.

Разрядность процессора

Разрядностью называют максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. В настоящее время наиболее распространены 32- и 64-разрядные системы.

Адресное пространство.

^ Адресное пространство — это диапазон адресов (множество адресов), к которым может обратиться процессор, используя адресный код. Если адресный код содержит п бит, то размер адресного пространства равен 2п байтов. Обычно размер адресного кода равен количеству линий в адресной шине (разрядности адресной шины). Например, если компьютер имеет 16-разрядную адресную шину, то адресное пространство его процессора равно 216 = 64 Кбайт, а при 32-разрядной адресной шине адресное пространство равно 232 = 4 Гбайт.


Видеокарта
Видеокарта (иначе называемая видеоадаптер, видеоконтроллер, или адаптер дисплея), является устройством, непосредственно формирующим изображение на мониторе. Видеокарты бывают двух типов: внешняя (устанавливается на материнскую плату как отдельно приобретаемый модуль, который со временем можно заменить на более мощный) и интегрированная на материнскую плату (обновлению не подлежит).

^ ПАМЯТЬ компьютера
Вся память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память иначе называется оперативной памятью (ОП). В современных компьютерах оперативная память конструктивно изготавливается в виде независимых модулей разной емкости, которые устанавливаются в соответствующие разъемы на материнской плате. Обычно в компьютерах от 2 до 8 Гигабайт ОП. В ОП загружаются операционная система, программы и данные пользователя во время работы. Без ОП никакой компьютер работать не может.

Внутренняя

(оперативная, основная)


Внешняя

Обладает наибольшей скоростью

обмена информации
Предназначена для кратковременного

хранения информации

При выключении ПК вся информация в

оперативной памяти стирается


Гибкие магнитные диски (дискеты)

Жесткие магнитные диски (винчестер)

Лазерные диски (CD, DVD)

Флеш-память или карты памяти

^ К внешней памяти относятся периферийные устройства, способные записывать и хранить данные: гибкие диски (дискеты), жесткие диски, флеш накопители, CD и DVD диски, разнообразные карты памяти, например от плееров или фотоаппаратов. Теоретически компьютер может работать без внешней памяти. Практически жесткий диск всегда есть (иногда их несколько).
В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких дисках магнитных дисках (НЖМД), или т.н. винчестерах, в основу записи, хранения и считывания информации положен магнитный принцип. В лазерных дисководах – оптический принцип.
Гибкие магнитные диски (ГМД) – дискеты - в настоящее время практически вышли из употребления (из-за ненадежности и маленькой емкости).

^ Жесткий магнитный диск (ЖМД), или винчестер (HD – Hard Drive)

HD предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером (программ операционной системы, прикладных программ, музыки , видео и т. д.). Современные ЖМД имеют скорость вращения 7200 об/мин. (есть модели и с более высокой скоростью). Среднее время доступа к информации порядка 10 мс. Жесткие магнитные диски — это часто несколько дисков на одной оси, головки считывания/записи передвигаются сразу по всем поверхностям. Информационная емкость — до 3-4 TБ (терабайт).

Жесткие диски имеют неоспоримые достоинства:

- огромный объем жестких дисков;

- высокая скорость обмена информацией, но намного медленнее оперативной памяти;

- надежность – время наработки на отказ 5-18 лет.

^ Лазерные диски

Диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory — только для чтения) обладают емкостью 700 Мбайт, высокой надежностью хранения информации, долговечностью (прогнозируемый срок службы диска при качественном исполнении — до 30—50 лет). Информация на лазерном диске записана на одну спиралевидную дорожку, идущую от центра диска к периферии. Информация на дорожке создается мощным лазерным лучом, выжигающим на поверхности диска впадины, и представляет собой чередование впадин и выступов. При считывании информации выступы отражают свет лазерного луча и воспринимаются как единица (1), впадины не отражают луч и, соответственно, воспринимаются как ноль (0).

Скорость доступа к данным достаточно низкая и составляет 150 мс.

В качестве стандартной скорости вращения для CD-ROM принята скорость вращения аудиодисков в обычных плеерах. При такой скорости вращения диска поток данных с CD-ROM-диска (для формата ISO9660 с сектором 2048 байт) составляет 150 КБ/с.

Приводы, обеспечивающие больший поток, соответственно называются Х-скоростными, Например, привод, 4X обеспечивающий Чтение CD-ROM с потоком данных в 600 КБ/с, называется 4-скоростным.

В настоящее время скорости чтения с CD-диска достигают 52х, т.е. эта скорость в 52 раза выше, чем скорость чтения с аудио CD-диска . Кроме того, центробежные, силы, возникающие при разгоне до таких скоростей, могут вызвать повреждение или даже разрыв диска в приводе. Поэтому дальнейшее наращивание скоростей практически все производители приводов компакт-дисков признали нецелесообразным. В результате, скорость обмена информации у всех лазерных дисков ниже, чем у жестких дисков.

Достоинство лазерных дисков — это их съемность (как дискеты) и достаточно большой объем памяти (как у жестких дисков). А также нечувствительность к электромагнитным полям.

^ CD-R и CD-RW Записываемые и перезаписываемые компакт-диски.

Кроме CD-ROM, то есть дисков только для чтения, существуют еще системы однократной (CD-R, CD-Recordable -записываемый CD) и многократной (CD-RW, CD-ReWritable -перезаписываемый CD) записи компакт-дисков. Терминами CD-R и CD-RW обозначаются как устройства для записи, так и сами диски.

Маркировка 52х/48х/24х говорит о том, что привод может читать диски на скорости 52х, записывать CD-R на скорости 48х и записывать CD-RW на скорости 24х. Запись дисков CD-R выполняется при помощи специальных программ — Easy CD, Nero CD Burning и т. п.
DVD
Название DVD первоначально означало цифровой видеодиск (Digital Video Disc). Позднее в связи с принятием решения о расширении функций DVD аббревиатура стала читаться иначе — цифровой универсальный диск (Digital Versatile Disk).

Главное отличие DVD-дисков от CD-дисков — это объем информации, которая может быть записана на таком носителе, если емкость обычного CD-диска составляет всего 700 МБ, то на DVD-диск может быть записано 4.7 ГБ.

Стандартом предусмотрены и так называемые двухслойные диски, что означает, что на одной стороне данные записаны в два слоя, при этом один слой полупрозрачный, и второй слой читается «сквозь» первый. С развитием технологии DVD появились спецификации дисков, обеспечивающие пользователям дисков запись и перезапись информации.


Устройства ввода/вывода информации

Устройства, с помощью которых информация или вводится в компьютер или выводится из него, называются внешними (периферийными) или устройствами ввода/вывода данных.

Устройства ввода информации

Клавиатура

Служит для ввода информации в ЭВМ и подачи управляющих сигналов. Клавиатура содержит стандартный набор клавиш печатающей машинки и некоторые дополнительные клавиши. Внутри нее имеется микросхема-шифратор, которая преобразует сигнал от конкретной клавиши в соответствующий данному знаку двоичный код.

Сканер

Предназначен для ввода в компьютер рисунков, фотографий, текстов, например книг и журналов. Сканеры бывают ручными (которыми проводят сверху по листу), планшетными (лист кладется внутрь сканера) и барабанными (лист протягивается через сканер специальным барабаном).

Дигитайзер

Устройство для "оцифровки" изображений. Позволяет преобразовать изображение в цифровую форму для обработки на компьютере. Суть оцифровки: изображение сканируется и каждой его точке присваивается координата и номер цвета. После ввода в компьютер изображение можно редактировать. Дигитайзер используется в системах обработки изображений, например в полиграфии, в архитектурном проектировании.

Графический планшет

Планшет со специальным покрытием, на которое можно положить лист бумаги, писать и рисовать на нем, и все, что написано, будет введено в компьютер в виде изображения.

Цифровая фотокамера

Фотоаппарат, записывающий изображение не на фотопленку, а на одну из карт памяти. Изображение переводится в цифровую форму и хранится в памяти фотокамеры, фотокамера может хранить несколько сотен кадров. После съемки фотокамера присоединяется к компьютеру, кадры переписываются на винчестер и воспроизводятся на экране монитора. При желании их можно распечатать на принтере.
Манипуляторы

МЫШЬ - это двухмерный аналоговый манипулятор, подключаемый к персональному компьютеру и снабженный одной, двумя или тремя кнопками на верхней крышке и, возможно, колесиком. Являются наиболее распространенным манипулятором. Сверху устройства расположены управляющие кнопки (обычно их две и колесо), позволяющие задавать начало и конец движения, осуществить выбор меню и т. п.

Разновидности манипуляторов типа «мышь»: механическая и оптическая, с проводом и беспроводная.

^ Механическая мышь

Внутри корпуса имеется шар, который при движении мыши катится по поверхности и передает свое движение специальным роликам. Мышь связана с компьютером кабелем через специальный блок — адаптер, и ее движения трансформируются в соответствующие перемещения курсора по экрану дисплея. В настоящее время практически вышли из употребления (механические части часто ломаются, собирают грязь).

^ Оптическая мышь

Альтернативой механической мыши является оптическая мышь. В ее устройстве вместо крутящегося шарика используется луч света. Отсутствие движущихся частей в таком устройстве повышает его надежность.

Мыши бывают проводные (их подавляющее большинство) и беспроводные. Первые соединяются с ПК при помощи кабеля (а это существенный недостаток), а вторые провода не имеют и передают информацию по радиоволнам на специальный приемник. Теоретически беспроводные мыши более удобны: отсутствие кабеля даст полную свободу перемещения. Но есть у Таких мышей и два характерных недостатка: высокая цена и необходимость периодической замены батареек.
TOUCHPAD

Что представляет собой TouchPad (тач-пэд)? На русский язык это слово можно перевести как «сенсорная панель». TouchPad представляет собой панель, обычно прямоугольной формы, чувствительную к нажатию пальцев или ладони. Нажав пальцем на TouchPad и передвигая его по ее поверхности, пользователь может маневрировать курсором так же, как и при использовании мышки. Для выбора какого-то пункта меню можно нажать на кнопку, а можно непосредственно на плоскость TouchPad. TouchPad играет такую же роль, как и мышка, но является более компактным, не требующим пространственного перемещения устройством ввода и идеально подходит для портативных компьютеров (ноутбуков).

ТРЕКБОЛ

Трекбол - это «мышка наоборот». Само устройство, и отличие от мышки, всегда остается неподвижным, а управление перемещением курсора осуществляется вращением шарика, который находится в верхней части трекбола. При этом, вращая шарик пальцами, вы получаете лучший, нежели у мышки, контроль над его вращением и, как следствие, более точное позиционирование курсора.

Область применения трекболов - работа с графическими пакетами, пакетами для автоматизированного проектирования и им подобными, т.е. такими приложениями, в которых наиболее остро ощущается необходимость плавного перемещения и точного позиционирования курсора.
ДЖОЙСТИК (от англ. joystickпалочка радости) представляет собой рукоятку с кнопками и применяется, как правило, для игр и тренажеров.

^ Чувствительный экран

Общение с ЭВМ осуществляется путем прикосновения пальцем к определенному месту чувствительного к прикосновениям экрана. Этим реализуется нужная команда, например, выбирается необходимый режим или информация из меню, показанного на экране дисплея.

Модем
Используется для соединения компьютера с другими компьютерными системами через телефонную сеть. Пользователь, подключивший свой компьютер в такую сеть, получает доступ к практически неограниченному объему информации. Компьютерные сигналы — это сигналы постоянного тока. Телефонная сеть их передавать не может. Для
преобразования компьютерных сигналов в сигналы, способные передаваться по телефонной сети (иными словами, для их модуляции — преобразования в комбинацию звуковых сигналов различной частоты), применяют специальное устройство, называемое модемом (сокращение слов МОдулятор — ДЕМодулятор). Модемы различаются скоростью передачи данных, которая может составлять 56 и более Кбод. Модемы по исполнению бывают встроенными в системный блок компьютера или внешними, подключаемыми к компьютеру через коммуникационный порт. По своему назначению модемы можно отнести как к устройствам ввода, так и к устройствам вывода информации.

Устройства вывода информации

Монитор

Устройство отображения информации на экране электронно-лучевой трубки или жидко-кристаллического дисплея. Монитор подключается к компьютеру с помощью видеокарты. В графическом режиме экран состоит из отдельных точек — пикселей. Каждый пиксель имеет свой цвет.

Современные компьютеры в основном оснащаются мониторами SVGA со следующими характеристиками: число цветов — от 65536 (16 бит) для ЖК мониторов до нескольких миллиардов; разрешение – до 2048x1536; размер экрана — 14, 15, 17, 19, 21 дюймов; кадровая частота от 60 до 120 и более Гц; расстояние между пикселями 0,24 мм.

Принтер
Устройство для вывода на бумагу текстов и графических изображений. Принтеры можно классифицировать по нескольким основным позициям:

  • принципу работы печатающего механизма,

  • максимальному формату листа бумаги,

  • черно-белая/ цветная печать.

По принципу печати различаются матричные, струйные и лазерные принтеры.

Матричный (или точечно-матричный) принтер. Принцип действия такого принтера

основан на том, что печатающая головка, содержащая металлические иголки, движется вдоль печатаемой строки. Иголки в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту — символ формируется из отдельных точек. Красящая лента уложена в специальную коробку (картридж). Матричные принтеры — наиболее дешевые. Качество печати у них, как правило, невысокое. Скорость печати в среднем — 1 страница в минуту. Матричные принтеры редко бывают цветными.

В настоящее время почти вышли из употребления. Но в некоторых банках они до сих пор работают, т.к. позволяют из-за ударного механизма печатающей головки получать основной документ и через специальную копирку – его копию.
Струйный принтер. В принтерах этого типа мельчайшие капли краски выдуваются на бумагу через крошечные сопла. Эти принтеры обеспечивают достаточно высокое качество печати. Скорость печати от 1 до двадцати страниц в минуту. Существуют цветные и монохромные (черно-белые) струйные принтеры.
Лазерный принтер. В таких принтерах частицы порошка переносятся со специального красящего барабана на бумагу посредством электрического поля. Чтобы красящий порошок закрепился, специальный механизм проводит бумагу через нагревательный элемент, и краска спекается. Качество печати — высокое. Разрешающая способность лазерных принтеров от 600 до 1200 точек на дюйм. Скорость печати в среднем — до 50 страниц в 1 минуту. Существуют цветные и черно-белые лазерные принтеры. Есть тип лазерных принтеров, называемых фазерами (Phaser), в которых используется другая технология по сравнению с обычными лазерными принтерами. В этих принтерах напыленная краска не спекается, а расплавляется, а затем быстро высушивается, т. е. краска испытывает фазовый переход (отсюда название). В результате получается водостойкое слегка выпуклое изображение.
По формату бумаги наиболее распространены модели принтеров формата А4 (обычный лист 210х297 мм) и А3 (420х297мм). Принтеры способные печать на бумаге большего формата (А2, А1, А0) называются плоттерами. Это уже профессиональная техника.
Плоттер (графопостроитель)

Служит для вывода на бумагу чертежей. Изображение создается двигающимися по листу перьями с цветной тушью. Обычный плоттер может выводить чертеж на лист очень больших размеров, например A1 (841x594 мм). Существуют и большие плоттеры, выводящие изображение на лист размером до 3x3 м. Скорость печати достаточно высокая.

Мультимедийные компоненты

Мультимедиа — это специальная технология, позволяющая с помощью программ и технических устройств объединить на компьютере обычную информацию — текст и графику — со звуком и движением.

Привод CD-ROM был описан ранее. Компакт-диск служит для хранения различных данных, в т. ч. аудио- и видеоинформации, представленной в двоичном виде.

Звуковая карта — устройство (плата-контроллер) для преобразования в звуки цифровой аудиоинформации. К выходу звуковой карты можно подключить усилитель звукового сигнала и колонки для воспроизведения стереозвука.

Компьютер, оснащенный приводом CD-ROM и звуковой картой, называется мультимедийным.

Прочие устройства

Сетевая карта позволяет подключать компьютер в локальную сеть, что дает пользователю возможность получать доступ к информации в других компьютерах.
Источник бесперебойного питания — обеспечивает кратковременное продолжение работы при сбое или полном отключении питания и сети. (ИБП, UPS)

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Магистрально-модульный принцип построения компьютера iconОсновные компоненты компьютера, их функциональное назначение и принципы...
По своему назначению компьютер это универсальный прибор для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер это модель...

Магистрально-модульный принцип построения компьютера iconСистемы счисления. Позиционные и непозиционные системы счисления....
Основные блоки стандартной конфигурации Персонального Компьютера (ПК) и логическое устройство компьютера. Принцип фон-Нейман

Магистрально-модульный принцип построения компьютера iconОперационная система компьютера (назначение, состав, загрузка) Назначение
Ос – неотъемлемая часть программного обеспечения компьютера, управляющая всеми его аппаратными компонентами. Другими словами, ос...

Магистрально-модульный принцип построения компьютера iconПрограмма и данные должны быть загружены в специальное устройство-оперативную...
Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера, их назначение и взаимосвязь

Магистрально-модульный принцип построения компьютера icon1 Операционные системы. Основы компьютерного администрирования
Программное обеспечение персонального компьютера. Файловая система персонального компьютера

Магистрально-модульный принцип построения компьютера iconПрограммное обеспечение компьютера, состав и структура. Назначение...
Писанных в двоичной форме на машинном языке, понятном процессору компьютера. Компьютерная программа является формой записи алгоритмов...

Магистрально-модульный принцип построения компьютера icon"Архитектура эвм"
Основные цели: Дать начальные представления о назначении компьютера, о его устройстве, о функциях основных узлов. Заложить ос­нову...

Магистрально-модульный принцип построения компьютера iconУроки всемирной истории. Древний мир. 5 класс
Компакт-диск для компьютера. "Химия, биология, география, экология. Элективный курсы". Компакт-диск дня компьютера. Сетевая версия...

Магистрально-модульный принцип построения компьютера iconРабочая учебная программа по учебному предмету «Химия» для обучающихся...
Федерального компонента государственного стандарта общего образования по химии (Часть I. Основное общее образование) для основной...

Магистрально-модульный принцип построения компьютера iconВзаимосвязь цифрового телевидения и компьютера
Взаимосвязь цифрового телевидения и компьютера. Новый виток в развитии телевидения: запись и просмотр телевизионных программ на персональном...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
edushk.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов