Устройство и состав персонального компьютера

Архитектура персонального компьютера.

Архитектура, устройство и состав персонального компьютера.

Компьютером, или ЭВМ, называют комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Принципиальным признаком современных ЭВМ, отличающим их от всех ранее применявшихся средств вычислительной техники, является их способность функционировать по заданной человеком программе.

Различные типы и модели ЭВМ могут значительно отличаться своими

характеристиками: системой команд, точностью вычислений,

быстродействием. Однако независимо от конкретных характеристик все

они имеют одну и ту же структурную схему, содержащую основные

устройства и отражающую их взаимосвязь

Очень важно отметить, что современные персональные компьютеры – это ЭВМ с «открытой архитектурой». Машину с открытой архитектурой можно представить себе, как конструктор, в котором каждый «кубик» выполняет свои функции. В любой момент можно вынуть один из «кубиков» и не трогая остальные заменить его на более совершенный. Особенно это касается IBM PC совместимых компьютеров. Впервые принцип «открытой архитектуры» применила фирма APPLE, выпускающая персональные компьютеры MACINTOSH. Изюминкой их первого ПК - APPLE II, выпущенного в 1975 г. стала возможность достраивания системы независимо произведенными устройствами. Т.е широкая доступность информации о принципах сопряжения отдельных компонентов ПК.

Практически стандартом персональных компьютеров стало устройство, разработанное американской фирмой 1ВМ в 1980 году - 1ВМ РС. С тех пор было выпущено несколько поколений таких машин. Все эти компьютеры использовали микропроцессоры американской фирмы Intel. Такие микропроцессоры до недавнего времени получали числовое имя вида 80x86, а именно Intel 8086, Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486 и т.д. Однако, начиная с процессора, который должен был получить обозначение Intel 80586, фирма стала давать им "настоящие" буквенные названия - Pentium. Ввиду того, что мощность компьютера зависит от используемого микропроцессора, его название целиком определяется типом процессора, например, если используется процессор Intel 80486, компьютер называется РС АТ-80486 или даже просто 486-й. Рис. . Структурная схема ПК

Процессор – является «мозгом» персонального компьютера. Он управляет работой компьютера, выполняет все вычисления и обработку информации. Состоит из арифметико-логического устройства и устройства управления. Представляет собой сверхбольшую интегральную микросхему реализованную в едином кристалле, – поэтому называется микропроцессор. Микропроцессоры определяют быстродействие ПК, его класс. Они отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой (измеряется в МГЦ). Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота, тем выше производительность. Тактовая частота указы­вает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну се­кунду

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ - Read Only Memory-ROM)

- энергонезависимое запоминающее устройство на полупроводниках, используемое для хранения данных, которые никогда не требуют внесения изменений (например, программа запуска компьютера).

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ - Random Access Memory RAM) - полупроводниковое устройство памяти с оперативной записью и считыванием, в котором основной элемент состоит из ячейки, способной запоминать один бит информации. Именно из оперативной па­мяти процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Название "оперативная" эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору не при­ходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащие­ся в ней данные сохраняются, только пока компьютер включен, при выключении компьютер содержимое оперативной памяти стирается.

Внешними – называются устройства, которые размещены вне системного блока, но участвуют в том или ином этапе обработки информации. В их состав входят: внешние запоминающие устройства и устройства ввода – вывода. Понятие «внешнее» устройство весьма условно. (Жесткий диск, CD – ROM, модем - могут быть размещены как внутри системного блока, так и вне его).

Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) - устройство на жестких магнитных дисках для долговременного хранения большого объема информации, которая считывается с гибких магнитных дисков - дискет или записывается на них.

В компьютере помимо оперативной памяти, ёмкость которой ограничена (4 - 1024 Мбайт) и энергозависима - при отключении питания данные в ней утрачиваются, имеется постоянная магнитная память очень большой ёмкости (порядка 10 – 20 Гбайт) - накопитель на жёстком магнитном диске/дисках, называемый ещё "винчестер".

В 1973 г. фирмой IBM был разработан первый жесткий диск. Поскольку диск имел 30 дорожек, каждая из которых была разбита на 30 секторов ему присвоили незамысловатое прозвище винчестер, по аналогии с автоматическими винтовками, имеющими калибр 30/30. При отключении питания данные на нём сохраняются. Принцип хранения информации здесь такой же, как и в магнитофонах. Носитель данных в винчестере - это, обычно металлический (алюминиевый) диск, покрытый магнитным материалом. После включения компьютера диск постоянно вращается со скоростью 3600 – 7200 оборотов в минуту (т.е. линейная скорость движения магнитной головки относительно поверхности диска составляет порядка 80 – 160 км./час).. Главной причиной низкого быстродействия винчестера является необходимость перемещения считывающей головки на нужную дорожку диска.

Гибкие дискеты или флоппи – диски позволяют переносить документы и программы с одного ком­пьютера па другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии информации содержащиеся на жестком диске. Дискеты 3,5 дюйма имеют емкость 1,4 Мбайт и заключены в жесткий пластиковый конверт, что повышает их надежность.

Перед первым использованием дискеты необходимо специальным образом ее инициализировать. Это делается с помощью программы дисковой операционной системы Format.

В качестве носителей информации в компьютере используются компакт-диски (CD-ROM), которые внешне не отличаются от ком­пакт-дисков, применяемых в бытовых проигрывателях. CD-ROM занимают промежу­точное положение между гибкими и жесткими магнитными дисками. Емкость одного компакт-диска достигает 650 Мбайт (т.е. сравнима со средней памятью современного жесткого диска); компакт -диск также легко сменить как и дискету; однако скорость чтения данных CD-ROM значительно ниже, чем у жесткого диска. Информация на CD-ROM записывается однократно в промышленных условиях, и на компьютере ее можно только читать.

Сканер - устройство для автоматического «считывания» текстовой и графической информации в компью­тер. Сканеры могут вводить в компьютер рисунки, а также распознавать символы, что позволяет быстро вводить текст в память компьютера. Сканеры бывают настольные (они обрабатывают весь лист бумаги целиком) и ручные ( их надо проводить над нужным рисунком или текстом ).

Устройства ввода - устройства, передающие данные или команды в процессор:

клавиатура - предназначена для управления компьютером и для ручного ввода информации в компьютер.

Пользователь ПК имеет возможность с помощью клавиатуры ввести программу решения задач и исходные данные. При этом он контролирует правильность ввода с помощью дисплея, высвечивающего всю вводимую информацию. С помощью клавиш управления можно корректировать информацию, заменять отдельно ее фрагменты;

манипулятор типа "мышь"(mouse - мышь) - средство ручного ввода команд в компьютер.

Пользователь перемещает "мышь" по ровной поверхности, подготавливая тем самым на дисплее формирование нужной команды. Нажатием клавиши "мышь" выдает сигнал в ПК для исполнения команды,

джойстик ("joystick" - рычаг) представляет собой устройство для формирования сигналов, обеспечивающих быстрое перемещение символа по экрану дисплея.

На рукоятке джойстика могут находиться одна или несколько кнопок для ввода команд. Джойстик, как и "мышь", в ряде случаев позволяет избежать трудоемкой работы на клавиатуре;

дигитайзер - устройство для "оцифровки" изображения. Оно позволяет преобразовать изображение в цифровую форму для обработки графической информации;

Устройства вывода - устройства, преобразующие электрические сигналы компьютера в форму, позволяющую оперировать с ними вне ПК.

Принтеры - предназначены для вывода текстовой и графической информации на бумагу. Наиболее распространены следующие типы: матричные, струйные, лазерные.

Матричные принтеры. Принцип печати этих принтеров таков: печатающая го­ловка принтера содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней-иголок. Головка движется вдоль печатающей строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге, через красящую ленту. Бывают принтеры от 9 до 48 иголок. Скорость печати матричных принтеров от 60 до 10 сек. на страницу.

Струйные принтеры. Изображение формируется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью, так называемых, сопел. Этот способ печа­ти обеспечивает более высокое качество печати. Удобен для цветной печати, но требует более тщательного ухода и обслуживания. Скорость от 60 до 10 сек. на страницу.

Лазерные принтеры. Обеспечивают близкое к типографскому качество печати. В этих принтерах используется принцип ксерографии. Изображение переносится на бума­гу со специального барабана, к которому электрически подтягиваются частички крас­ки. Скорость печати от 15 до 5 сек. на страницу.

Монитор (дисплей) предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в од­ном из двух режимов: текстовом или графическом.

Текстовый режим. Здесь монитор условно разбит на 25 строк по 80 символов в каждой строке. В каждое знакоместо может быть введен один из 256 заранее заданных символов. В число этих символов входят большие и малые латинские буквы, цифры и специальные символы:

..[](){} ^{^}@#&°/о_~ ;:'"<> = $ = / + _- *\!?

а также все псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм. В число символов, изображаемых на экране в текстовом режиме могут вхо­дить и символы кириллицы ( буквы русского алфавита).

Графический режим. Предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и т.д. В графическом режиме экран монитора состоит из точек, каждая из которых может быть темной или светлой на монохромном мониторе или одного нз нескольких цветов - на цветном экране. Количество точек по горизонтали и вертикали называется разре­шающей способностью монитора.

В настоящие время в ПК используются мониторы стандарта SVGA c минимальным разрешением 640 на 480 точек (по горизонтали и вертикали) и воспроизведением от 256 цветов. Размер экрана по диагонали – от 14' (приблизительно 37 см) до 17' . Сейчас мониторы выпускаются с защитой оператора от жесткого электромагнитного излучения и не требуют защитного экрана.