Справочная информация

Устройство компьютера
По своему назначению компьютер — это универсальное техническое средство для работы с
информацией.
По принципам своего устройства компьютер — это модель человека, работающего с информацией.
Компоненты инф. деятельности человека
Основные устройства компьютера

прием (ввод) информации;

устройства ввода,

запоминание информации (память);

устройства запоминания (память),

процесс мышления (обработка
информации);

устройство обработки (процессор),

передача (вывод) информации

устройства вывода.
Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1946 (1945)году американским ученым
Джоном фон Нейманом:
Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в
современных компьютерах:
1. Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами
можно выполнять такие же действия, как и над данными).
2. Принцип адресности (основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек).
3. Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются
процессором автоматически друг за другом в заданной последовательности).
Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер,
чтобы решить поставленную задачу обработки информации.
Информация, обрабатываемая на компьютере, называется данными. Во время выполнения программы она
находится во внутренней памяти.
Таким образом, компьютер представляет собой совокупность устройств и программ, управляющих
работой этих устройств. Аппаратное обеспечение - система взаимосвязанных технических устройств,
выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации. Программное обеспечение – совокупность
программ, хранящихся на компьютере.
Поколения ЭВМ. Признаки, отличающие одно поколение от другого: элементная база; быстродействие;
объём оперативной памяти; устройства ввода/вывода; программное обеспечение.
Период
времени
Элементная
база
Быстро
действие
(операций/сек
)
2 – 2 тыс.
Объём
ОП
Устройства
ввода/вывода
Программное
обеспечение
Примеры
1946 –1955
Электронные
лампы
2 Кбт
Машинные
коды
БЭСМ-1,
М-1,
Урал-1
Транзисторы
100 – 150 тыс.
2 – 32 Кбт
Языки
высокого
уровня
БЭСМ-6,
М-222,
IBM-701
Интегральные
схемы (ИС)
1 млн.
64 Кбт
Перфоленты,
перфокарты,
магнитные
ленты
Магнитные
барабаны,
магнитные
диски
Многотерминальные
системы
1955 –1965
1966 –1979
Операционные
системы
ЕС-1030,
IBM-360
1980 –1989
1990 –
Большие
интегральные
схемы (БИС)
Сверхбольшие
интегральные
схемы CБИС
10 – 100 млн.
2 – 8 Мбт
Сети персональных
ЭВМ
Базы,
банки
данных
Эльбрус,
ILLIAC 4
Более 100 млн.
10 Мбт –
Оптические
и лазерные
устройства
Экспертные
системы
Blue Gene/L
Описание устройства и принципов работы компьютера, достаточное для пользователя и программиста
называют архитектурой ЭВМ. Рассмотрим архитектуру современного компьютера.
Функции процессора (электронная схема, выполняющая обработку информации):
• обработка данных по заданной программе (выполнение над ними арифметических и логических
операций);
• программное управление работой устройств компьютера
В состав процессора входят регистры (процессорная память).
Регистры выполняют две функции: кратковременное хранение числа или команды и выполнение над
ними некоторых операций.
Важнейшие регистры:
• счетчик команд (служит для автоматической выборки команд программы из последовательных
ячеек памяти, в нем хранится адрес выполняемой команды);
• регистр команд и состояний (служит для хранения кода команды).
Функции памяти:
• приём информации от других устройств;
• запоминание информации;
• передача информации по запросу в другие устройства компьютера.
В основе компьютеров классической архитектуры лежит магистрально-модульный принцип.
Модульность выражается в том, что компьютер, как сборный конструктор, комплектуется из отдельных модулей,
представляющих логические узлы компьютера.
Магистральность означает, что отдельные модули соединены с процессором общей системной шиной
(магистралью), состоящей из шины данных (передаётся обрабатываемая информация), шины адреса
(передаётся информация об адресе памяти или внешнем устройстве, к которому обращается процессор) и шины
управления (передаются управляющие сигналы, например, проверка готовности устройства к работе и др.).
Системная шина предназначена для обеспечения передачи данных между периферийными устройствами,
центральным процессором и оперативной памятью.
Физически шина может представлять собой набор проводящих линий (например, плоский кабель). На
материнской плате шина заканчивается слотами для установки других устройств.
Основные характеристики шин :
• разрядность передаваемых данных (количество одновременно передаваемых бит);
• скорость передачи данных
В системном блоке находятся основные логические узлы компьютера:
• материнская плата;
• электронные схемы (процессор, контроллеры устройств и т.д.);
• блок питания;
• дисководы (накопители).
Контроллеры – устройства, с помощью которых каждое периферийное устройство взаимодействует с
процессором.
Материнская (системная, главная) плата является центральной частью любого компьютера, на которой
размещаются центральный процессор, контроллеры, обеспечивающие связь центрального процессора с
периферийными устройствами, оперативная память, кэш-память (сверх-быстрая память), элемент постоянной
памяти BIOS (базовой системы ввода/вывода), аккумуляторная батарея, кварцевый генератор тактовой частоты и
слоты (разъемы) для подключения других устройств.
Такт – промежуток времени между двумя импульсами генератора тактовой частоты (специальной
микросхемы, которая синхронизирует работу логических узлов компьютера). На выполнение элементарных
операций нужно определенное количество тактов. Тактовая частота – количество таких тактов в секунду
(измеряется в МГц, ГГц).
Общая производительность материнской платы определяется не только тактовой частотой, но и
количеством (разрядностью) данных, обрабатываемых в единицу времени центральным процессором, а также
разрядностью шины обмена данных между различными устройствами материнской платы.
Стало стандартом наличие на материнской плате таких встроенных устройств, как усовершенствованный
параллельный (LPT), последовательный (COM) порты, а также инфракрасный порт и USB-порты. Порт –
многоразрядный вход или выход в устройстве.
Производительность процессора (обозначается CPU) характеризуется следующими основными
параметрами:
• степенью интеграции (показывает сколько транзисторов (самый простой элемент любой
микросхемы) может поместиться на единице площади; для процессора Pentium Intel эта величина
составляет приблизительно 3 млн. на 3,5 кв.см, у Pentium Pro – 5 млн).
• внутренней (определяет, какое количество битов он может обрабатывать одновременно при
выполнении арифметических операций; в зависимости от поколения процессоров – от 8 до 32
битов) и внешней разрядностью (определяет сколько битов одновременно он может принимать
или передавать во внешние устройства; от 16 до 64 и более в современных процессорах).
• тактовой частотой (указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор
выполняет за одну секунду (измеряется в МГц). Тактовая частота определяет быстродействие
процессора).
• памятью, к которой может адресоваться CPU.
Память компьютера делится на основную (внутреннюю) и внешнюю.
Основная память компьютера включает:
•
постоянную память (ROM – Read Only Memory). К ней относится микросхема BIOS (Basic Input/Output
System) с «зашитой» в неё программой тестирования устройств компьютера и загрузки операционной
системы. Эта память энергонезависима;
•
оперативную память (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство, или RAM – Random Access
Memory). Эта память энергозависима.
Работа компьютера с пользовательскими программами начинается после того, как данные будут считаны
из внешней памяти в ОЗУ, которая работает синхронно с центральным процессором и имеет малое время
доступа. Оперативная память сохраняет данные только при включенном питании. Отключение питания приводит
к необратимой потере данных, поэтому пользователю, работающему с большими массивами данных в течение
длительного времени, рекомендуют периодически сохранять промежуточные результаты на внешнем носителе.
К внешней (долговременной) памяти относятся: жёсткий диск, дискеты (1,44 Мбайт), карты памяти (1-4
Гбайт), флэш-карты (256 Мбайт-4 Гбайт), CD , CD-RW (объем 750 Мбайт), DVD ,DVD-RW диски (односторонний
объёмом-4,7 Гбайт). Сторона диска состоит из дорожек, каждая дорожка состоит из секторов. Форматирование –
процесс разметки дисков на дорожки (по кругу) и сектора (радиально).
Устройства ввода
Устройства вывода
Клавиатура, манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол, Монитор, принтер, колонки, плоттер
руль, джойстик, тачпад), сканер, микрофон, ,сенсорные
устройства (сенсорный экран, световое перо,
графический планшет)
Монитор – основное устройство отображения информации, которая хранится в памяти видеокарты.
Основные типы мониторов:
• на основе электронно-лучевой трубки, которая управляется сигналами, поступающими от видеокарты.
Принцип работы электронно-лучевой трубки монитора такой же, как у телевизионной трубки:
изображение на экране создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Этот пучок
падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытого люминофором и вызывает его свечение.
• жидкокристаллические (LSD – Liquid Crystal Display). Экран такого монитора состоит из двух стеклянных
пластин, между которыми находится масса, содержащая жидкие кристаллы. Принцип работы основан на
том, что молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического поля меняют свою ориентацию
и изменяют свойства проходящего через них светового луча.
Сканер - это устройство ввода цветного и черно-белого изображения с бумаги, пленки и т.п. Сканер
последовательно преобразует оптический сигнал, получаемый при сканировании изображения световым лучом,
в электрический, а затем в цифровой код.
Принтер – устройство для вывода на бумагу текстов и графических изображений.
Типы принтеров:
•
матричные принтеры (дешёвые, качество печати невысокое, скорость печати 1
страница/мин., не цветные);
•
струйные принтеры (средние цены, качество печати высокое, скорость печати
около 10 страниц/мин., цветные и монохромные), заправляются картриджами с жидкими
чернилами;
•
лазерные принтеры (высокие цены, качество печати высокое, скорость печати 4–15
страниц/мин., цветные и монохромные), заправляются картриджами с красящим порошком.
Другие устройства:
Звуковая карта (саундбластер) – устройство для преобразования цифровой информации на дисках и
компакт-дисках в звуки. К выходу саундбластера подключают микрофон, наушники, колонки. Современные
материнские платы имеют встроенные звуковые карты.
Видеокарта (видеоадаптер) – устройство для преобразования цифровой видеоинформации.
Видеопамять представляет собой специализированные микросхемы, предназначенные для хранения цифрового
образа формируемого изображения. Средний объем памяти для современных видеокарт –128 Мбайт.
Современные видеокарты могут использовать в своей работе также и оперативную память компьютера,
но это заметно замедляет работу устройства, т.к. пропускная способность шины AGP заметно ниже пропускной
способности шины видеопамяти.
TВ-тюнер (tv-tuner) – специальная плата, которая позволяет просматривать телевизионные передачи на
компьютере (в полноэкранном режиме или нормальном (в окне, занимающем часть экрана), если подключить
антенну к ее входу.
Локальной компьютерной сетью называют комплекс аппаратно-программных средств, позволяющих
обмениваться информацией между отдельными рабочими местами или ученическими местами в компьютерном
классе. Компьютер подключается в сеть с помощью сетевой карты (сетевого адаптера). Сетевая карта
устанавливается в один из свободных слотов материнской платы.
Модемом (Модулятор-ДЕМодулятор) называется устройство, позволяющее обмениваться информацией
между компьютерами через аналоговые каналы (через телефонные станции и сети). Для передачи данных с
помощью модема необходимы: модем; программное обеспечение; подключение к телефонной линии.
Web-камера подключается к компьютеру через USB-порт и позволяет делать фото- и видеосъемку всего
того, что находится в ее «поле зрения».
Цифровые фото- и видеокамеры подключаются к компьютеру через USB-порт, что позволяет считывать с
них фото и видеоизображения для просмотра и сохранения на жестком диске компьютера или на СD и DVD
дисках.
Цифровой диктофон. Также подключается к компьютеру через USB- порт, что позволяет считывать с него
звуковые файлы и с помощью специальной, прилагающейся к нему программы, прослушивать их на компьютере
и сохранять в разных звуковых форматах.
Мобильный телефон может подключается к компьютеру через инфракрасный порт, что позволяет
считывать с него файлы и сохранять на разных устройствах памяти компьютера.
Мультимедийный проектор подключается к компьютеру также, как подключается монитор.
Современные проекторы позволяют проецировать на большой экран изображение и даже с коротких расстояний
получать изображение с диагональю до 12 м.
Совокупность модулей компьютера называется его конфигурацией. Конфигурация зависит от задач,
выполняемых на компьютере и совместимости модулей.