Магистрально-модульный принцип построения ПК

Магистрально­модульный принцип построения ПК Аппаратная реализация ПК

Изобретение компьютера С  давних  времен  люди  стремились  облегчить  свой  труд.  С  этой  целью  создавались  различные  машины  и  механизмы,  усиливающие  физические  возможности  человека.  Компьютер  был изобретен в середине XX века для  усиления  возможностей  интеллектуальной  работы  человека,  т.е. работы с информацией.

человек компьютер Приём (ввод) информации Устройства ввода Запоминание информации В «голове Записи в тетради,  на кассете и др. память Внутренняя  (оперативная)  память Внешняя (долговременная)  память Процесс мышления (обработки  информации) Передача (вывод) информации Устройства вывода Устройство обработки  (процессор)

Отличие компьютера от  человека «ум компьютера» ≠ ум человека Отличие в том, что работа компьютера  строго подчинена заложенной в него  программой, человек же сам управляет  своими действиями.

Компьютер  (  от  англ.  Computer  –  это  –  вычислитель)  программируемое  электронное  устройство,  предназначенное  для  накопления,  обработки  и  передачи информации.

Архитектура ЭВМ Под архитектурой ЭВМ понимают описание  устройства и принципов работы  компьютера, достаточное для  пользователя и программиста. Архитектура не включает в себя  конструктивных подробностей устройства  машины, электронных схем. Эти сведения  нужны конструкторам, специалистам по  наладке и ремонту ЭВМ.

В основу архитектуры современных  компьютеров положен магистрально  – модульный принцип и принцип  Джона фон Неймана.

Основные компоненты  архитектуры ЭВМ: ­ процессор, ­ внутренняя (основная)  память, ­ внешняя память,  ­ устройства ввода, ­ устройства вывода.

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

Основным  устройством  компьютера  является  микропроцессор  (МП)  ­  миниатюрная  электронная  микропроцессор  (МП)  ­  схема, созданная путем очень сложной технологии и  выполняющая функ­цию процессора ЭВМ.  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.

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  внеш­ними  внутренней  памяти,  называются  устройствами. Каждое  устройство  взаимодействует  с  процессором  через  специаль­ ный  блок, который  называется контроллером  (от  англ,  controller  —  контролер,  управляю­щий).  Другое название — адаптер. внешнее

Практически  все  модели  современных  ПК  имеют  магистральный  магистральный  тип  архитектуры  (в  том  числе  самые  тип  архитектуры распространенные в мире IBM PC, а также  Apple  Macintosh).  Ниже  представ­лена  схема  компьютеров,  магистральному  построенных  принципу . устройства  по

Магистрально – модульный принцип  Магистрально – модульный принцип  построения компьютера построения компьютера Компьютер  не  является  неделимым, цельным объектом.  Он  состоит  из  устройств  некоторого  количества  –  модулей.  Связаны все модули компьютера между  собой  через  набор  электронных  линий  –  Магистраль  обеспечивает  обмен  данными  между  устройствами компьютера. магистраль.

Принципы фон Неймана Схема устройства компьютера впервые  была предложена в 1946  году американским ученым  Джоном фон Нейманом. Дж.  фон Нейман сформулировал  основные принципы работы  ЭВМ, которые во многом  сохранились и в  современных компьютерах.

Магистрально – модульный принцип  построения компьютера Джон  фон  Нейман  изучив  конструкцию  первых  ЭВМ,  пришёл  к  идее  нового  типа  логической организации ЭВМ, а именно: ­наличие устройства ввода – вывода  информации; ­адресуемая память; ­процессор, состоящий из устройства  управления и арифметико – логического  устройства; ­Данные и программы хранятся вместе.

Магистрально – модульный принцип  построения компьютера Для  связи  между  основных  устройств  компьютера  собой  используется  специальная  информационная  магистраль,  обычно  называемая  инженерами  шиной. Шина  –  это  кабель,  состоящий  из  множества проводов.

Магистрально – модульное устройство  компьютера Шина состоит из трёх частей: Шина данных Шина адреса Шина управления магистраль

Шина данных – передаёт данные  между различными устройствами. Разрядность шины данных  определяется разрядностью  процессора. Может быть 8,16,32, 64  бита.

Шина адреса – передаёт адрес устройства к  которому обращается процессор. Сигналы  передаются в одном направлении  (однонаправленная шина). Разрядность шины адреса определяется  объёмом адресуемой памяти. Может быть  16, 20, 24, 32, 36 битов.

Шина управления – передаются сигналы,  определяющие характер обмена  информацией по магистрали. Сигналы  управления показывают, какую операцию –  считывание или запись информации из  памяти – нужно производить.  Синхронизируют обмен информацией  между устройствами и так далее.

 ИНТЕРФЕЙС —  1. Система связей и взаимодействия  устройств компьютера. 2. Средства взаимодействия  пользователей с операционной системой  компьютера, или пользовательской  программой.  Для согласования интерфейсов все  внешние устройства подключаются к  шине через свой порт.

Порт устройства ­ микросхема:  ­ содержащая один или несколько  регистров ввода­вывода;  ­ позволяющая подключать  периферийные устройства  компьютера к внешним шинам  процессора.

Порты бывают последовательные и  параллельные. К последовательным портам  подсоединяются медленно  действующие или удалённые  устройства(мышь, модем), А к параллельным  ­ более «быстрые»  (сканер, принтер)

В современном ПК реализован принцип открытой архитектуры  В современном ПК реализован принцип открытой архитектуры  магистрали  могут  информационной  Этот принцип  по­зволяет менять состав устройств (модулей)  подключаться  ПК.  К  дополнительные  периферийные  устройства,  одни  модели  устройств  могут  заменяться  на  другие.  Возможно  увеличение  внутренней  памяти, замена микропроцессо­ра на более совершенный. Аппаратное  подключение  маги­страли  контроллер  (адап­тер).  осуществляется  через  специальный  блок  —  контроллер Программное  управление  работой  устройства  производится  через  драйвер,  программу  —  компонентом  операционной системы (ОС).. операционной системы (ОС) периферийного  которая  является  устройства  к

В целом ОС –  ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА  – это комплекс  служебных  программ,  обеспечивающих  наилучшее  (оптимальное)  управление всеми устройствами и ресурсами компьютера. Наиболее  распространенная сегодня ОС – это Windows фирмы Microsoft. Процессор и его характеристики Процессор и его характеристики Процессор — это 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 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 – 1000000000 Гц. Следовательно,  производительность  ПК,  т.е.  быстрота  Следовательно,  производительность  ПК,  т.е.  быстрота  выполнения операций, зависит от частоты. выполнения операций, зависит от частоты.

Разрядность процессора Разрядность процессора Разрядностью называют максимальное количество разрядов  двоичного  кода,  которые  могут  обрабатываться  или  передаваться  процессором одновременно. Адресное пространство 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  16­разрядную  адресную шину, то адресное пространство его про­цессора равно 216  =  64  Кбайт,  а  при  32­разрядной  адресной  шине  адресное  пространство равно 232 = 4 Гбайт.

Всю память компьютера можно  разделить на:  Внутренняя  (оперативная, основная)  Обладает наибольшей скоростью обмена информации Предназначена для кратковременного хранения информации При выключении ПК вся информация в  оперативной памяти стирается Внешняя Гибкие магнитные диски (дискеты) Жесткие магнитные диски (винчестер) Лазерные диски (CD, DVD) Флэш­память или карты памяти

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) Гибкие магнитные диски (ГМД) Предназначены  для  переноса  документов  и  программ  с  одного  компьютера  на  дру­гой,  хранения  архивных  копий  и  информации,  не  используемой  постоянно  на  компьюте­ре.  Наиболее  популярны  гибкие  диски  (дискеты)  размером  3,5  дюйма.  Диски  называются  гибкими  потому,  что  пластиковый  диск,  расположенный  внутри  защитного  конверта,  действительно  гнется.  Именно  поэтому  защитный  конверт  изготовлен  из  твердого  пластика.  ГМД  имеют  скорость вращения 300—360 об/мин.

Информация  записывается  с  двух  сторон  по  дорожкам,  которые  представляют  собой  концентрические  окружности.  Каждая  дорожка  разделена  на  секторы  (рис.  2).  Объем  дискеты  зависит  от  количества дорожек и секторов, а также от плотности записи инфор­ мации.  Стандартная  емкость  трехдюймовой  дискеты  составляет  1,44  Мбайт. считывание  дисководах  осуществляется  с  помощью  магнитных  головок.  Поэтому  дискету  необходимо  оберегать  от  магнитных  полей  (проверка  сумок  в  аэропорту). Это самое медленное устройство компьютера. На дискете  есть «окошко». Если оно открыто, то на дискету запись не произвести. информации  Запись  и  в  дорожка  сектор    Рис. 2. Разметка поверхности гибкого диска Процесс разметки диска на дорожки и  Процесс разметки диска на дорожки и  форматированием.  сектора называется форматированием сектора называется  Некоторые программы форматирования  позволяют разметить дискету на  нестандартный объем ( 1,7 Мбайт).

Жесткий магнитный диск (ЖМД), или винчестер Жесткий магнитный диск (ЖМД), или винчестер часто  используемых  Предназначен  для  постоянного  хранения  информации,  используемой  при  работе  с  компьютером  (программ  операционной  системы,  текстовых  редакторов  и  т.  д.).  Современные  ЖМД  имеют  скорость  вращения  7200  об/мин.  Время  доступа  к  информации  от  60  до  мс.  Жесткие  магнитные дис­ки — это часто несколько дисков на одной оси, головки  считывания/записи  передвига­ются  сразу  по  всем  поверхностям.  Информационная емкость — до 400 Гбайт и выше. пакетов  программ,  Жесткие диски имеют преимущества перед гибкими дисками  по па­раметрам: ­ объем жестких дисков существенно выше; ­ скорость обмена информацией в 10 раз выше. ­ надежность – время наработки на отказ 5­18 лет.

Лазерные диски Лазерные диски до  измеряется  Диски CD­ROM (Compact Disk Read Only Memory — только для чтения)  обладают  емкостью  650  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  наружного  края  диска  к  внутреннему.  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. Скорость передачи данных, определяемая скоростью вращения диска и  плотностью  записываемых  на  нем  данных,  составляет  не  менее  170  Кбайт/с  и  доходит  относительно  односкоростного. Например, 10­скоростной имеет скорость в 10 раз больше, чем  аудио СD.  Достоинство  лазерных  дисков  —  это  их  съемность  (как  дискеты)  и  достаточно  боль­шой  объем  памяти  (как  у  жестких  дисков).  А  также  нечувствительность  к  электромагнитным полям.  1,2  Мбайт/с.  Скорость  СD

Устройства ввода/вывода информации Устройства ввода/вывода информации Устройства,  с  помощью  которых  информация  или  вводится  в  внешними  компьютер  или  выводится  из  него,  называются  (периферийными) или устройствами ввода/вывода данных. Устройства ввода информации Клавиатура Клавиатура Служит для ввода информации в ЭВМ и подачи управляющих  сигналов.  Клавиатура  клавиш  печатающей  машинки  и  некоторые  дополнительные  клавиши.  Внутри  нее  имеется  микросхема­шифратор,  которая  преобразует  сигнал  от  конкретной клавиши в соответствующий данному знаку двоичный код. стандартный  набор  содержит  Сканер Сканер Предназначен  для  ввода  в  компьютер  представленных  в  печатном  виде  текстовых  и  графических  данных.  Сканеры  бывают  ручными  (которыми  проводят  сверху  по  листу),  планшетными  (лист  кладется  внутрь  сканера)  и  барабанными  (лист  протягивается  через  сканер специальным барабаном).

Дигитайзер Дигитайзер "оцифровки"  Устройство  для  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. изображений.  Графический планшет 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 фотокамера Цифровая 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.

Функциональное устройство  компьютера. Системный блок процессор Внутренняя  память Монитор  Информационная магистраль Клавиатура  Блок  питания Внешняя память Мышь

Домашнее задание Синий учебник ­ П. 1.1, 1.2; Белый учебник – 1.1 Записи.