Архитектура ПК

Архитектура ПК
Персональный компьютер
Аппаратные
средства
(устройства компьютера)
Программные
средства
(программы, обеспечивающие работу
компьютера)
Компьютер - это
многофункциональное
электронное устройство для
накопления, обработки и
передачи информации.
Под архитектурой компьютера понимается
его логическая организация, структура и
ресурсы, т.е. средства вычислительной
системы, которые могут быть выделены
процессу обработки данных на определенный
интервал времени.
В основу построения большинства ЭВМ положены
принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон
Нейманом:
1. Принцип программного управления (программа
состоит из набора команд, которые выполняются процессором
автоматически
друг
за
другом
в
определённой
последовательности).
2. Принцип однородности памяти (программы и данные
хранятся в одной и той же памяти; над командами можно
выполнять такие же действия, как и над данными).
3. Принцип адресности (основная память структурно
состоит из нумерованных ячеек).
ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую
архитектуру (архитектуру фон Неймана).
Архитектура ПК определяет принцип действия,
информационные связи и взаимное соединение
основных логических узлов компьютера:
- центрального процессора
- основной памяти
- внешней памяти
-периферийных устройств
В основу архитектуры современных персональных
компьютеров
положен
магистрально-модульный
принцип: связь и обмен информацией между
компонентами
компьютера
осуществляется
с
помощью магистрали.
Магистраль — это общая линия проводов, к которой
параллельно
подсоединяют
все
компоненты
компьютера. Посылая по магистрали электрические
сигналы, любая компонента может передавать
информацию другим компонентам (или другой
машине по каналу).
Под компонентами мы понимаем различные устройства (их еще называют модулями)
Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины:
шину данных, шину адреса и шину управления. Шины представляют собой
многопроводные линии.
Шина данных. По этой шине данные передаются между различными
устройствами.
Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или
откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое
устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес
передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном
направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам
(однонаправленная шина).
Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора,
т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные
адреса.
Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие
характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления
определяют, какую операцию считывание или запись информации, из памяти
нужно производить, синхронизируют обмен информацией между
устройствами и т.д.
Подсоединяя к магистрали разные наборы модулей, можно
получать различные конфигурации компьютера. Магистральномодульный
принцип
построения
получил
широкое
распространение, так как обладает важными достоинствами:
- Процессор управляет вашими устройствами с помощью тех же
команд, которыми он работает с памятью (т.е. не нужны
специальные команды).
- Можно подключать к магистрали новые внешние устройства.
При этом не требуется никаких изменений в уже существующих
устройствах, процессоре, памяти.
- Из готовых модулей можно легко составлять компьютеры
разной мощности и назначения. Конфигурацию можно легко
изменять в процессе эксплуатации.
Таким образом, реализуется принцип открытой архитектуры –
каждый новый блок должен быть совместим с ранее
созданными, разъёмы во всех компьютерах стандартизированы,
что позволяет модернизировать ранее купленный компьютер,
заменять устаревшие блоки, устанавливать новые блоки и узлы.
Настольный компьютер
•
•
•
•
Системный блок
Монитор
Клавиатура
«Мышь»
Системный блок
Материнская плата
Материнская плата (mother board) – основная плата персонального компьютера,
представляющая из себя лист стеклотекстолита, покрытый медной фольгой. Путем
травления фольги получают тонкие медные проводники соединяющие электронные
компоненты. На материнской плате размещаются:

процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и
логических операций;

шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между
внутренними устройствами компьютера;

оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – набор
микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер
включен;

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микросхема, предназначенная
для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;

микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих
работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные
Часто
на системных
платах
устанавливают и контроллеры дисковых накопителей,
возможности
материнской
платы;
видеоадаптер,
портов
и др. В гнёзда
расширения

разъемыконтроллеры
для подключения
дополнительных
устройств
(слоты). системной платы
устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата,
видеоплата и т.п.
1 — Разъём под центральный процессор;
2 — Дополнительный кэш объёмом 256 Кбайт;
3 — Разъём под дополнительный кэш;
4 — Контроллеры внешних устройств;
5 — Разъёмы накопителей на жёстких магнитных
дисках;
6 — Разъёмы под оперативную память, 4 планки;
7 — Коннектор (соединитель) клавиатуры и мыши;
8 — Микросхема, обслуживающая флоппи-дисковод,
последовательные порты и параллельный порт;
9 — Разъёмы 32-битной шины (для видеокарты,
карты Интернет и др.);
10 — Перезаписываемая BIOS (Flash-память);
11 — Мультимедийная шина;
12 — Разъёмы 16-битной шины.
Характеристики процессора
Тактовая
частота
Разрядность
по данным
Разрядность
по адресу
Процессор является главным устройством компьютера, в котором
собственно и происходит обработка всех видов информации. Другой важной
функцией процессора является обеспечение согласованного действия всех
узлов, входящих в состав компьютера. Соответственно наиболее важными
частями процессора являются арифметико-логическое устройство АЛУ и
устройство управления УУ.
Монитор


CRT (Cathode ray tube)
LCD (liquid crystal Display)
Основные характеристики
•Размер экрана в дюймах
•Макс. разрешение, точек
•Шаг точки экрана, мм
•Частота обновления (CRT)
•Стандарт безопасности
CRT
Теневая маска
Trinitron (Апертурная решетка)
LCD
Активная матрица
Память в целом предназначена для хранения как данных, так и
программ их обработки.
Начиная с самых первых ЭВМ, память сразу стали делить на
внутреннюю и внешнюю.
Под внутренней памятью современного компьютера принято
понимать
быстродействующую
электронную
память,
расположенную на его системной плате.
Сейчас такая память изготавливается на базе самых
современных полупроводниковых технологий.
В состав внутренней памяти входит постоянное запоминающее
устройство (ПЗУ), в котором хранится информация, необходимая для
первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания.
Информация в ПЗУ не зависит от состояния компьютера.
Постоянная память делится на две части—BIOS и CMOS.
BIOS (Basic Input-Output System)— основная система ввода-вывода. В
ней содержатся программы, необходимые для тестирования основных
устройств компьютера и для начальной загрузки операционной системы.
CMOS — содержит информацию о настройках компьютера (дата,
пароли и пр.). Информация в CMOS может быть изменена пользователем.
Внутренняя память
• Постоянная память – устройство для
долговременного хранения программ и данных.
• Оперативная память - устройство для хранения
программ и данных, которые обрабатываются
процессором в текущем сеансе работы.
• Кэш-память – служит для увеличения
производительности компьютера, согласования
работы устройств различной скорости.
Внешняя память
• Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД)
• Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД)
• Накопители на оптических дисках (CD-ROM)
Форматирование – создание физической
и логической структуры диска
Формирование физической структуры диска
состоит в создании на диске
концентрических дорожек, которые в свою
очередь, делятся на секторы.
В процессе форматирования магнитная
головка дисковода расставляет в
определенных местах диска метки дорожек
и секторов.
ГИБКИЙ ДИСК
Минимальный элемент информации на гибком диске –
сектор, информационная емкость которого 512 байтов.
Информационный объем
гибких дисков:
V = p*d*k*l
р – количество поверхностей
диска (p = 2)
d – количество дорожек на
поверхности
(d = 80)
k – количество секторов на
дорожке (k = 18 )
l – емкость сектора
512 байт).
(l =
V = 2 * 80 * 18 * 512 = 1440 Кбайт
Логическая структура гибких дисков – это
совокупность секторов (емкостью 512 байтов),
каждый из которых имеет свой порядковый
номер (например, 100).
Минимальный элемент информации на гибком диске – сектор.
Минимальный размер файла составляет один сектор, а
максимальный – общее количество секторов на диске.
При размещении на диске файл записывается в произвольные
свободные сектора.
1-й сектор – загрузочная запись ОС
со 2 по 33 сектора – каталог и таблица FAT
с 34 по 2880 сектора – файлы
ЖЕСТКИЙ ДИСК
Минимальный элемент информации на жестком диске
– кластер, который содержит несколько секторов.
Размер кластера зависит от типа используемой FATтаблицы и емкости жесткого диска и определяется по
формуле:
Vкластера=Vдиска / N,
где N – число кластеров, адресуемое FAT-таблицей.
Пример: Объем жесткого диска 2 Гбайта. На нем используется FAT16 (адреса
записываются двухбайтовым числом). Определить объем кластера.
Решение: FAT16 может адресовать 216 = 65536 кластеров.
Объем диска 2 Гбайт = 220 Кбайт.
Минимальный размер адресуемого пространства (размер кластера) равен
Vкластера = 220 Кбайт / 216 = 32 Кбайт
Виды форматирования
Полное форматирование включает в себя
физическое и логическое форматирование.
При физическом (низкоуровневом) форматировании
происходит проверка качества магнитного покрытия дискеты
и ее разметка на дорожки и сектора. При логическом
форматировании создаются корневой каталог и таблица
размещения файлов.
После полного форматирования вся хранившаяся на диске
информация будет уничтожена.
Быстрое форматирование производит очистку
корневого каталога и таблиц размещения файлов.
После быстрого форматирования информация, то есть сами
файлы, сохранятся, и в принципе возможно восстановление
файловой системы.