Назначение и устройство компьютера

Назначение и устройство
компьютера
Что общего между компьютером и человеком?
Процессор
Устройства ввода и вывода информации
Память компьютера
Магистраль
Что общего между компьютером и человеком?
Компьютер, так же как и человек, получает информацию, хранит и
обрабатывает ее, обменивается ею с другими компьютерами. Компьютер является
инструментом, который помогает человеку ориентироваться в этом «океане»
информации.
ЧЕЛОВЕК
КОМПЬЮТЕР
Прием — ввод информации
Органы чувств (зрение, слух,
обоняние, осязание, вкус)
Устройства ввода (клавиатура,
мышь, сканер, микрофон, цифровая
камера)
Хранение информации
Память, книги, фото, магнитные
записи и т.п.
Память компьютера (внутренняя
и внешняя)
Обработка информации
Мозг
Процессор
Вывод информации
Голос, жесты, мимика, образы и т.п.
Устройства вывода (монитор,
принтер, звуковые колонки)
Общая структура персонального компьютера
Основная
память
ПЗУ
Монитор
Манипуляторы Сканер
Модем
Графопостроитель
(плоттер)
ОЗУ
Системная магистраль (шина)
Процессор
Клавиатура
Дисковод
Дисковод
Дисковод
для жёстких для гибких для компакт
дисков
дисков
дисков
(CD-ROM )
Сетевая Принтер
карта
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 заданной
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 пронумерованных
ячеек).
ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру
(архитектуру фон Неймана).
Архитектура ЭВМ
– это её логическая организация, структура и ресурсы.
Архитектура определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение
основных логических узлов ЭВМ:
• центрального процессора;
• периферийных процессоров;
• оперативного ЗУ (запоминающего устройства);
• внешних ЗУ;
• периферийных устройств.
Функции памяти:
• приём информации от других устройств;
• запоминание информации;
• передача информации по запросу в другие устройства машины.
Функции процессора:
• обработка данных по заданной программе (выполнение над ними арифметических и
логических операций) – функция АЛУ (арифметико-логического устройства);
• программное управление работой устройств ЭВМ – функция УУ
(устройства управления).
Команда – это элементарная операция, которую должна выполнить ЭВМ.
Команда содержит:
• код выполняемой операции;
• адреса операндов;
• адрес размещения результата.
одноадресная
ADD X
двухадресная
ADD X
Y
трёхадресная
ADD
X
Y
Z
Выполнение команды разбивается на следующие этапы:
• из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, выбирается команда,
(при этом содержимое счётчика команд увеличивается);
• команда передаётся в устройство управления (в регистр команд);
• устройство управления расшифровывает адресное поле команды;
• по сигналам устройства управления операнды выбираются из памяти в АЛУ
(в регистры операндов);
• УУ расшифровывает код операции и выдаёт сигнал АЛУ выполнить операцию;
• результат операции остаётся в процессоре, либо возвращается в ОЗУ.
программа
ОЗУ
процессор
счетчик команд
регистр команд
регистры операндов
сумматор
УУ
АЛУ
Основные характеристики модулей ЭВМ
Персональные компьютеры обычно состоят из следующих
основных модулей:
системный
блок
монитор
клавиатура
мышка
компьютер в настольном
исполнении
компьютер в компактном
исполнении (notebook)
В системном блоке находятся все основные узлы компьютера:
• материнская плата;
• электронные схемы (процессор,
контроллеры устройств и т.д.);
• блок питания;
• дисководы (накопители).
Процессор
Для того, чтобы ориентироваться в окружающем мире, человек постоянно
обрабатывает информацию. В компьютере этим занимается процессор.
Процессор может обрабатывать различные виды информации: числовую,
текстовую, графическую, видео- и звуковую информацию.
Процессор
является
электронным
устройством,
поэтому
различные
виды
информации
должны
обрабатываться в нем в форме
последовательностей
электрических
импульсов.
Такие
последовательности
электрических
импульсов можно записать в
виде последовательностей нулей
и
единиц
(есть
импульс—
единица, нет импульса—нуль),
которые называются машинным
языком.
Находится процессор на
материнской плате.
Процессор аппаратно реализуется на большой
интегральной схеме БИС – маленькая плоская
полупроводниковая
пластина
20х20мм.
Процессор Pentium 4 содержит 42 миллиона
функциональных элементов.
Характеристики процессора
Первый процессор был выпущен за 10 лет до появления первого
компьютера IBM PC. Он был разработан компанией Intel, назван Intel
4004, а его выпуск состоялся 15 ноября 1971 года. Рабочая частота этого
процессора составляла всего 108 кГц (0,108 МГц!).
Этот процессор содержал 2 300 транзисторов. Шина данных имела ширину
4 разряда. Процессор 4004 использовался в схемах управления
светофоров, анализаторах крови и даже на межпланетной научноисследовательской станции NASA Pioneer 10!
Процессоры можно классифицировать по двум основным параметрам:
разрядности и быстродействию (тактовой частотой).
Тактовая частота процессора – это количество тактов, выполняемых
процессором за 1 сек.
Быстродействие процессора измеряется в гигагерцах (ГГц); 1 ГГц равен
миллиард тактов в секунду. Чем выше быстродействие, тем лучше (тем
быстрее) процессор.
В
процессор
входит
три
важных
устройства,
основной
характеристикой которых является разрядность:
•шина ввода и вывода данных;
•внутренние регистры;
•шина адреса памяти.
Разрядность процессора является показателем возможностей
процессора: количество разрядов в шине данных определяет
способность процессора обмениваться информацией, а разрядность
шины адреса — объем памяти, с которым он может работать.
Современный процессор Pentium 4 имеет
разрядность 64, то есть одновременно
процессор
обрабатывает
64
бита
информации
Производительность процессора можно повысить за счет
совершенствования архитектуры процессора
•использования нескольких ядер
•использования кэш-памяти
Устройства ввода и вывода информации
Компьютер
как
электронное
устройство
воспринимает
только
электрические импульсы, которые несут информацию, представленную в форме
последовательностей нулей и единиц. В состав компьютера должны входить
специальные устройства ввода и вывода информации. Устройства ввода
«переводят» информацию с языка человека на машинный язык компьютера, а
устройства вывода, наоборот, «переводят» информацию с машинного языка в
формы, доступные для человеческого восприятия.
Устройства ввода
Ввод числовой и
текстовой информации
клавиатура
Ввод графической информации
мышь
трекбол
тачпад
Ввод рисунков и
фотографий
сканер планшетный
Ввод фото и видео
цифровые фотокамеры
Web камера
цифровые видеокамеры
ручной сканер
Ввод рисунков
графический планшет
(дигитайзер)
Игровые манипуляторы
джойстик
В последнее время появилось
устройство,
которое
осуществляет
одновременно
и
ввод,
и
вывод
информации, - это интерактивная доска.
руль
Устройства вывода
Вывод числовой, текстовой, графической
и видео информации
монитор с электронно-лучевой трубкой
ЖК монитор
Вывод числовой, текстовой,
графической информации на бумагу
принтер матричный
принтер струйный
принтер лазерный
Для вывода на бумагу сложных
чертежей, рисунков и схем большого
формата
плоттер (графопостроитель)
В
настоящее
время
широкое
распространение получили мультимедийные
проекторы.
Вывод звуковой информации
звуковые колонки
Память компьютера
Компьютер имеет два вида памяти: внутреннюю и внешнюю. Во время
работы компьютера информация хранится в оперативной (внутренней) памяти
(ОЗУ). Однако при выключении компьютера вся информация из оперативной
памяти стирается. Такой вид памяти называется энергозависимым.
К внутренней относится и постоянная память (ПЗУ). Она хранит
информацию об устройстве самого компьютера. Кроме того, в постоянной памяти
хранятся тесты для проверки работоспособности всех устройств компьютера. Эти
тесты запускаются в момент включения компьютера. Постоянная память
энергонезависима. При выключении электропитания вся информация в ней
сохранится.
Внутренняя
память
компьютера
представляет
собой
микросхемы и
располагается
на материнской
плате.
Платы оперативной памяти
Для долговременного хранения информации используется внешняя память
(ВЗУ). Внешняя память энергонезависима, то есть при внезапном выключении
питания информация на дисках сохранится.
Устройства внешней памяти
накопители на гибких магнитных дисках
(НГМД) — дискеты
оптические накопители (CD-ROM и
DVDROM)
накопители на жестких магнитных
дисках (НЖМД) — винчестеры
флэш-память (электронная память)
Магистраль
Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера
производится по магистрали, соединяющей все устройства компьютера.
Подключение компьютера к сети.
Компьютер
может
обмениваться
информацией
(передавать
и
получать) с другими компьютерами с
помощью локальных и глобальных
компьютерных сетей. Для этого в его
состав включают сетевую плату и
модем.
Сетевая плата
Модем