Принципы функционирования компьютера

Архитектура персонального компьютера.

Принципы кодирования текстовой и графической информации.

Кодирование текстовой информации:

Для кодирования одного символа требуется 1 байт информации (можно закодировать 256 символов). Каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичной код от 0 до 255.
Обычно используется кодASCII (American Standard Code for Information Interchange)
Коды от 0 до 32 - специальные (управляющие) клавиши;
от 33 до 127 - цифры, знаки и буквы латинского алфавита;
от 128 до 255 - национальные алфавиты.
В последнее время появился новый международный стандарт Unicode, который отводит на символ не один, а два байта – кодировка MS Windows&Office c 1997 г. (применяется, например, для кодирования иероглифов)

Кодирование графической информации:

Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, содержащих определенное количество точек (пикселей). Каждому элементу присваивается значение его цвета, т.е. код цвета (красный, зеленый, синий).

Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.
Принцип открытой архитектуры:

· Компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями.

· Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.

Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определённого типа — адресной, управляющей или шиной данных.

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды "стоп". Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции – перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без "счетчика команд", указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке.

Положения фон Неймана:

· Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)

· Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти

· Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)

· Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме

· Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве

· Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода

Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы – требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.

Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.

Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.

Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.

Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК.

ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.

В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер и т.д.
В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в устройстве управлении

9.Техническое обеспечение персонального компьютера.

Техническое обеспечение персонального компьютера - это совокупность технических устройств, из которых состоит компьютер и которые обеспечивают его функционирование.

Большинство компонентов компьютера расположено на одной печатной плате, называемой системной платой или материнской платой. Обычно на системной плате располагаются ЦП и его вспомогательные схемы, основная память, интерфейс ввода-вывода (последовательный порт, параллельный порт, интерфейс клавиатуры, дисковый интерфейс и шина (которая позволяет ЦП взаимодействовать с другими компонентами на материнской плате).центральный процессормонитормышьоперативное запоминающее устройствоклавиатурапринтернакопители на жестких магнитных дискахсканернакопители на гибких магнитных дисках джойстик, блок питания. графопостроитель (плоттер) внутренний канал обмена данных, дигитайзе, рэлектронные схемы (контроллеры)сетевой адаптермодемымузыкальная приставкаОсновные характеристики ПК

1. быстродействие, производительность, тактовая частота;

2. разрядность машины и кодовых шин интерфейса;

3. типы системного и локальных интерфейсов;

4. емкость оперативной памяти;

5. емкость накопителя на винте;

6. тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках;

7. виды и емкость кэш-памяти (буферная, недоступная для пользователя, быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией)

8. тип дисплея и видеоадаптера;

10. наличие математического сопроцессора, который позволяет в десятки раз ускорить выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой;

11. аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ;

12. возможность работы в вычислительной сети;

13. возможность работы в многозадачном режиме;

14. надежность;

15. стоимость;

16. габариты и масса.

Дата добавления: 2015-04-24