Структура персонального компьютера

Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью его свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям ЭВМ. Подавляющие большинство моделей ПК имеют модульную архитектуру. При этом под модулем понимается стандартный компонент с обслуживающими его интерфейсами. Модули (компоненты) одной категории взаимозаменяемы друг с другом, если они используют одинаковый интерфейс. Понятие интерфейса включает физические линии связи (шину), сигнальные протоколы и драйверы устройств. На бытовом уровне термин интерфейс часто подменяют термином шина.

Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в него компонентов.

Рассмотрим состав и назначение основных блоков ПК (рис. 2.1.1).

Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

В состав микропроцессора входят:

■ устройство управления (УУ) – формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;

■ арифметико-логическое устройство (АЛУ) – предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор). Математический сопроцессор широко используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических, функций;

■ КЭШ-память - служит для кратковременного хранения, записи и выдачи данных, непосредственно используемых в вычислениях в ближайшие такты работы машины. Регистры КЭШ - памяти недоступны для пользователя, отсюда и название КЭШ (Cache), в переводе с английского означает “тайник”. Быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы. Малый объем кэша позволяет практически мгновенно использовать хранящуюся в нем информацию, а большой объем увеличивает вероятность нахождения в нем нужных данных. Поэтому кэш разделяют на две части: меньший по объему (обычно 8-128 Кбайт) первого уровня (Level1, L1), отдельно для команд и данных, и, значительно больший (до 4 Мбайт), второго уровня (Level2, L2). КЭШ строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие). Микропроцессоры начиная от МП 80486 имеют свою встроенную КЭШ-память, чем, в частности, и обуславливается их высокая производительность;

■ интерфейсная система микропроцессора – реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. Интерфейс (interface) – совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O – Input/Output port) – аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к процессору другое устройство ПК.

Генератор тактовых импульсов. Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.

Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Тактовая частота указывает скорость выполнения элементарных операций внутри МП. Разные модели МП выполняют одни и те же команды (например, сложение или умножение) за разное число тактов.

Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Например, процессор Pentium 4 компании Intel с рабочими частотами 1,8 – 3,2 ГГц и частотой системной шины 400 МГц, 533 МГц, 800 МГц.

Рис. 2.1.1. Структурная схема ЭВМ.

Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина включает в себя:

■ кодовую шину данных, содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

■ кодовую шину адреса, включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

■ кодовую шину инструкций, содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

■ шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1) между микропроцессором и основной памятью;

2) между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что, чаще через дополнительную микросхему – контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройства (ОЗУ).

ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся информацию.

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках.

Назначение этих накопителей – хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. Различаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи считывания информации.

В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры), накопители на оптических дисках (CD-ROM-Compact Disk Read Only Memory – компакт-диск с памятью, только читаемой) и др.

Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК.

Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени. Таймер подключается к автономному источнику питания – аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.

Внешние устройства. Обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления, другими ЭВМ. Внешние устройства можно классифицировать (по назначению) следующим образом:

Þ внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;

Þ устройства ввода информации (клавиатура, мышь, трекбол, трекпойнт, сканер и др.);

Þ устройства вывода информации (видеомонитор, принтер, плоттер);

Þ средства связи и телекоммуникации (например, сетевой адаптер является внешним интерфейсом ПК и служит для подключения его к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети).

Клавиатура – важнейшее для пользователя устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ПК.

Все клавиши можно разбить на следующие группы.

1. Функциональные клавиши (от F1 до F12) предназначены для различных специальных действий.

2. Алфавитно-цифровые и пробел предназначены для ввода текста и чисел.

3. Клавиши управления курсором - стрелки перемещают курсор на 1 позицию в указанном направлении.

4. Дополнительная цифровая клавиатура служит для эффективного ввода числовой информации. При включенном индикаторе Num Lock на дополнительной цифровой клавиатуре можно получить цифры от 0 до 9 и точку (запятую), при выключенном индикаторе на дополнительной клавиатуре можно получить назначение клавиши из нижнего регистра.

5. Клавиши редактирования, к которым можно отнести:

Backspace служит для удаления символа, расположенного слева от курсора.

Insert (Ins) переключает режимы вставки/замены символов. После включения компьютера имеет место режим вставки, т.е. если нажать алфавитно-цифровую клавишу, то нажатый символ вставится в позицию курсора, а часть текста после курсора переместится вправо, если, далее, нажать клавишу Insert, то включается режим замены, если, при этом, нажать на алфавитно-цифровую клавишу, то символ печатается в позиции курсора, удаляя расположенный там ранее символ и т.д.

Delete (Del) удаляет символ расположенный в позиции курсора или справа от него.

Home переводит курсор в начало строки, а в операционной оболочке Norton Commander в верхний левый угол панели.

End переводит курсор в конец строки, а в операционной оболочке Norton Commander в нижний правый угол панели.

Page Up (Pg UP) перемещает курсор на 1 экранную страницу вверх.

Page Down (Pg Dn) перемещает курсор на 1 экранную страницу вниз.

Дата добавления: 2014-01-04