Архитектура и основные характеристики персонального компьютера

Благовещенский филиал Финуниверситета Архитектура и основные  характеристики ПК.  Устройства ввода­вывода  информации Автор­составитель: Ермихина М.А., преподаватель  информационных дисциплин Благовещенск, 2017

Понятие «компьютер» • Компьютер (computer, букв. —  «вычислитель»), или электронная  вычислительная машина (ЭВМ) —  комплекс технических и программных  средств, основанный на использовании  электроники и предназначенный для  автоматической или  автоматизированной обработки данных  в процессе решения вычислительных и  информационных задач. МЕГАЭНЦИКЛОПЕДИЯ КИРИЛЛА И МЕФОДИЯ

Архитектура ЭВМ  • Совокупность основных устройств и  блоков ЭВМ, а также структура основных  управляющих и информационных связей  между ними, обеспечивающая  выполнение заданных функций. • Архитектура компьютера обычно  определяется совокупностью ее свойств,  существенных для пользователя

Обобщенная архитектура  современного компьютера

Архитектура ПК

Понятия и определения • Шина — группа проводников, связывающая  различные устройства. Внешние шины, например PCI  или USB, представляют собой проводники печатной  платы, к которым припаяны разъемы. Внутренние  шины соединяют устройства в пределах одной платы  или даже внутри микросхемы.

• Шины бывают параллельными (данные переносятся  по словам, распределенные между несколькими  проводниками) и последовательными (данные  переносятся побитово). • Большинство компьютеров имеет как внутренние,  так и внешние шины. Внутренняя шина подключает  все внутренние компоненты компьютера к  материнской плате (и, следовательно, к процессору  и памяти). Такой тип шин также называют локальной  шиной, поскольку она служит для подключения  локальных устройств. Внешняя шина подключает  внешнюю периферию к материнской плате.

Параллельные • • • • • Проприетарная ASUS Media Bus, использовалась на некоторых материнских платах ASUS  с Socket 7 и представляла собой шину ISA в специфическом разьеме, размещенном в одну  линию с разьемом шины PCI.  • CAMAC для измерительных систем (instrumentation systems)  • Extended ISA или EISA  • Industry Standard Architecture или ISA  • Low Pin Count или LPC  • MicroChannel или MCA  • MBus  • Multibus для промышленных систем  • • • • • • NuBus или IEEE 1196  OPTi local bus, использовалась для ранних материнских плат для Intel 80486  Peripheral Component Interconnect или PCI, также PCI­X  S­100 bus или IEEE 696, использовалась в Altair и похожих микрокомпьютерах  SBus или IEEE 1496  VESA Local Bus или VLB или VL­bus, использовалась в основном на материнских платах  для 80486 процессоров и была подключена непосредственно к выводам микропроцессора.  Однако встречалась и реализация этой шины в сочетании с ЦПУ IBM BL3 (аналог i386SX)  и ранними Pentium  VMEbus, VERSAmodule Eurocard bus  STD Bus для 8­ми и 16­ти битных микропроцессорных систем  Unibus  Q­Bus

Последовательные I²C  • 1­Wire  • HyperTransport  • • PCI Express или PCIe  • Serial Peripheral Interface Bus или шина SPI  • USB, Universal Serial Bus, чаще используется как  • FireWire, i.Link, IEEE 1394, чаще используется как  внешняя  внешняя  • Direct Media Interface (DMI)  • • SATA/SAS  Intel QuickPath Interconnect или просто QuickPath (QPI)

Примеры внешних  компьютерных шин • Advanced Technology Attachment или ATA (также известна, как  PATA, IDE, EIDE, ATAPI) — шина для подключения дисковой и  ленточной периферии.  • SATA, Serial ATA — современный вариант ATA  • USB, Universal Serial Bus, используется для множества внешних  устройств  • HIPPI HIgh Performance Parallel Interface  • IEEE­488, GPIB (General­Purpose Instrumentation Bus), HPIB,  (Hewlett­Packard Instrumentation Bus)  • PC card, ранее известная как PCMCIA, часто используется в  ноутбуках и других портативных компьютерах, но теряет своё  значение с появлением USB и встраиванием сетевых карт и  модемов  • SCSI, Small Computer System Interface, шина для подключения  дисковых и ленточных накопителей  • Serial Attached SCSI, SAS — современный вариант SCSI

Примеры универсальных  компьютерных шин • Futurebus  • InfiniBand  • QuickRing  • SCI

Виды шин Адресная Шина данных Командная используемая центральным процессором  или устройствами, способными инициировать  сеансы DMA,для указания физического адреса  слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому  устройство может обратиться для проведения  операции чтенияили записи  часть системной шины,  предназначенная  для передачи данных  между компонентами  компьютера  компьютерная шина, по которой  передаются сиг­налы,  определяющие характер  обмена информацией по магистрали.

• Порт — разъем, предназначенный для  подсоединения какого­либо устройства. • Процессор — устройство, выполненное в виде  микросхемы, обрабатывающее цифровые сигналы.  Двоичные цифровые сигналы воспринимаются  процессором как команды. То, как именно процессор  преобразует поступающие в него данные, зависит от  получаемых им команд.

Понятия и определения • Интерфейс — универсальное понятие,  обозначающее способ взаимодействия чего­либо  с чем­либо.  • Аппаратный интерфейс ­ назначение  соединяющих устройства проводников или  контактов и характеристику передающихся по  этим проводам сигналов.  • Программный интерфейс — это стандарт,  описывающий, как различные программы  обмениваются информацией.  • Пользовательский интерфейс — те элементы,  посредством которых человек общается с  программой.

Структура ПК

Системная (материнская) плата • Предназначена для размещения или  подключения всех остальных устройств  компьютера – служит своеобразной  платформой, на базе которой строится  конфигурация всей системы • Тип и характеристики различных  элементов и устройств материнской  платы определяется типом и  архитектурой центрального процессора

На материнской плате располагаются наборы больших однокристальных электронных микросхем – чипов  (центральный процессор, чипсет, интегрированные контроллеры устройств  и их интерфейсы микросхемы памяти и разъемы их плат микросхемы электронной логики разъемы системной шины  (стандартов ISA, EISA, VESA, PCI, AGPи пр. простые радиоэлементы (транзисторы, конденсаторы,  сопротивления и т.д.)сло слоты для подключения плат расширения разъемы портов ввода­вывода

Пример системной платы

Микропроцессор • Центральный процессор  (CentralProcessor Unit, CPU) — «мозг»  компьютера. В этой мощной микросхеме  обрабатываются команды и данные. Вся  информация обязательно проходит  через процессор.  • Процессор рассеивает мощность  несколько десятков ватт и снабжен  системой охлаждения.

Оперативная память • Оперативная память (Random Access Memory,  RAM) предназначена для временного хранения  данных в процессе работы компьютера.  • Вся информация накапливается в оперативной  памяти и уже оттуда поступает в процессор и  другие устройства.  • Данные в оперативной памяти присутствуют  только до тех пор, пока на нее подается  напряжение питания и работает тактовый  генератор.

Видеокарта • Видеоадаптер, или видеокарта, служит  для вывода информации, получаемой  от центрального процессора, на  монитор. Видеокарта подключается к  шине AGP, или PCI­E х16. Современный  видеоадаптер устроен как «компьютер  в компьютере» и обладает  собственным процессором и  оперативной памятью.

Звуковая карта • Звуковая карта превращает цифровой  образ звука в электрические  колебания, которые затем выводятся  на колонки или наушники. Процессор  звуковой карты может выполнять и  обратную операцию — оцифровку  звуковых колебаний, то есть  преобразование аналогового сигнала в  цифровой код.

Дисководы и приводы • Приводы и дисководы предназначены для  записи, хранения и воспроизведения  информации. В основе их работы лежит  запись информации в виде дорожек на  вращающиеся диски. Информация,  записанная на эти носители, сохраняется  после выключения компьютера. Винчестеры  и дисководы используют принцип магнитной  записи, а в приводах компакт­дисков и DVD  применяется оптическая запись.

Блок питания • Блок питания преобразует переменное  напряжение электросети в постоянные  напряжения, требующиеся для питания  всех компонентов компьютера. Это  устройство выполняет чисто  электрические функции и в обработке  информации не участвует.

Жесткий диск • Основная часть программного обеспечения компьютера  находится на винчестере.  • Современные винчестеры способны хранить десятки и сотни  гигабайт информации.

Основные типы  современных ЭВМ • СуперЭВМ и большие ЭВМ (мейнфрейм) –  уникальная сверхпроизводительная система  используемая для решения сложнейших задач,  требующих гигантский объемов вычислений. • Кластер ­ это группа вычислительных машин  (часто ПК), которые связаны между собою и  функционируют как один узел обработки  информации. • Сервер – компьютер, предоставляющий свои  ресурсы другим пользователям. • Персональный компьютер (ПК) – компьютер,  предназначенный для работы в условиях  предприятия или дома, настройка, обслуживание и  установка программного обеспечения выполняется  самим пользователем. • Встраиваемая ЭВМ – микроЭВМ,  предназначенная в системах управления и  контроля.

Основные типы  современных ЭВМ • • • • • • •  Профессиональная рабочая станция – специализированный компьютер,  ориентированный на профессиональную деятельность в определенной области, оснащен  дополнительным оборудование и специализированным программным обеспечением.  Сетевая рабочая станция (сетевой ПК)  ­ ПК который предназначен для  функционирования в вычислительной сети, обычно настройка, техническая поддержка и  установка программного на такой компьютер осуществляется централизованно.  Портативный компьютер (ноутбук) – ПК, обладающий мощностью персонального  компьютера, способный в течение определенного времени работать без подключения к  электрической сети.  Карманный компьютер (КПК) – компьютер, обладающий малыми размерами (не больше  записной книжки) и способный функционировать автономно в течение длительного  промежутка времени.   Смартфон – телефон с функциями компьютера.  Коммуникатор – КПК со встроенным GSM/GPRS модулем, позволяющим совершать  телефонные звонки и выходить в сеть Internet.   Терминал – устройство, которое не предназначено для работы в автономном режиме,  выполняющие операции по вводу и передаче команд пользователя более мощному  компьютеру и выдаче пользователю результата.

Базовые устройства  компьютера • Системный блок • Монитор • Клавиатура • Манипулятор

Системный блок Системный блок (system unit) — основная часть персонального  компьютера, включающая: • • корпус системного блока, предохраняющийся его электронные  устройства от механических повреждений;  электронные устройства, управляющие работой персонального  компьютера, в том числе системная (материнская) плата,  центральный процессор, оперативная память, различные  платы расширения;  • блок питания, преобразующий переменное напряжение сети в  постоянное требуемой низкой величины и подающий его на  электронные схемы и другие узлы персонального компьютера;  устройства внешней памяти, предназначенные для записи и  чтения программ и данных и состоящие, как правило, из одного  или нескольких накопителей на жестком магнитном диске, на  гибких магнитных и оптических дисках. •

Корпус системного блока  исполняется в следующих вариантах 1. горизонтальном (настольном) (Desktop), в том числе в его  уменьшенных (mini­footprint, slimline), а также малогабаритных  вариантах (ultra­slimline и baby­AT case).  2. вертикальном (башенном) (tower), в том числе:  • большая башня (big tower, full tower), пригодном для установки на  полу, • средняя башня (miditower), • малая башня (minitower), • микробашня (microtower).  3. все в одном (all­in­one) — настольном с объединением в одном  корпусе системного блока и монитора;  4. портативном (portable computer) или переносном, включающем  целый ряд различных вариантов, в том числе наколенный  (Laptop) и блокнотный (ноутбук). В этих случаях корпус  системного блока объединяет также монитор, клавиатуру,  трекбол, а в некоторых моделях и дисковод CD­ROM (PDA, PDE,  Электронный органайзер, Электронная книга, Карманный  персональный компьютер).

Системный блок типа «Десктоп»

Системный блок типа  «Башня»

Моноблок

Портативные компьютеры

Монитор

Клавиатура

Манипуляторы

Устройства ввода­вывода  информации К устройствам ввода­вывода относятся: клавиатура, мышь, монитор,  принтер, сканер, модем, сетевая карта и т.д. Любое устройство управляется  контроллером. Контроллер – блок ЭВМ предназначенный для управления внешними  устройствами или группой внешних устройств.