Устройство компьютера

Устройство компьютера
Современный ПК может быть настольным, портативным или карманным, при этом
его устройство может быть отображено с помощью одно и той же функциональной
схемы.
Оперативная
память
Процессор
Шина данных (8, 16, 32, 64 бита)
Шина адреса (16, 20, 24, 32, 36 битов)
Шина управления
Устройства
ввода Рис. 1
МАГИСТРАЛЬ
Долговременная
память
Устройства
вывода
Рис.1. Функциональная схема компьютера.
Центральным устройством компьютера, которое обрабатывает данные в
соответствии с заданной программой, является процессор. Он обрабатывает данные
в двоичном компьютерном коде в форме последовательностей электрических
импульсов (нет импульса – «0», есть импульс – «1»).
Однако пользователь компьютера очень плохо понимает информацию,
представленную в двоичном компьютерном коде, и вообще не воспринимает е в
виде последовательностей электрических импульсов. Следовательно, в состав
компьютера должны входить устройства ввода и вывода информации.
Устройства ввода «переводят» информацию с языка человека на язык компьютера.
Устройства вывода, наоборот, «переводят информацию с двоичного языка
компьютера в формы, доступные для человеческого восприятия.
Для того чтобы компьютер мог выполнить обработку данных по программе,
программа и данные должны быть загружены в оперативную память. Процессор
последовательно считывает команды программы, а также необходимые данные из
оперативной памяти, выполняет команды, а затем записывает полученные данные
обратно в оперативную память. Однако при выключении компьютера все данные и
программы в оперативной памяти стираются. Для долговременного хранения
большого количества различных программ и данных используется долговременная
память. Пользователь может запустить программу, хранящуюся в долговременной
памяти, она загрузится в оперативную память и начнет выполняться .
В процессе программной обработки данных на компьютере пересылка данных
и программ между отдельными устройствами компьютера осуществляется по
магистрали. Она включает в себя:
1. Шину данных. По этой шине данные передаются между различными
устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть
переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть
отправлены обратно в оперативную память для хранения.
1
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е.
количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или
передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно
увеличивается по мере развития компьютерной техники.
2. Шину 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.
Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное
пространство), т.е.количество однобайтовых ячеек оперативной памяти,
которые могут иметь уникальные адреса. Разрядность шины адреса также
постоянно увеличивается. Т.о.максимально возможное количество адресуемых
ячеек памяти равно: N = 236 = 68 719 476 736.
3. Шина управления. По ней передаются сигналы, определяющие характер
обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию – считывание или запись информации из памяти – нужно производить и т.д.
Процессор – это центральное устройство компьютера, которое
обрабатывает данные в соответствии с заданной программой. Процессор
аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). БИС на самом деле
не является «большой» по размеру и представляет собой, наоборот маленькую
плоскую полупроводниковую пластину размером при мерно 20х20 мм,, заключенную
в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является
большой по количеству элементов.
Характеристики процессора:
1. тактовая частота - количество базовых операций в секунду. Измеряется
в МГц и ГГц. За 20 с небольшим лет тактовая частота процессора увеличилась в
900 раз, от 5 МГц (процессор 8086,1978г.) до 4.5 ГГц (процессор AMD, 2014г.)
2. разрядность определяется количеством двоичных разрядов, которые
могут передаваться или обрабатываться процессором одновременно.
3. производительность зависит от частоты процессора, его разрядности, а
также особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и т.д.)
Кэш-память- (сверхоперативная память), используемый микропроцессором
компьютера для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти.
Является одним из верхних уровней иерархии памяти[1]. Кэш использует
небольшую, очень быструю память (обычно типа SRAM), которая хранит копии
часто используемых данных из основной памяти.
Оперативная память – предназначена для хранения информации
изготавливается в виде модулей памяти. Они представляют собой пластины с
рядами контактов, на которых размещаются БИС памяти.
Основная характеристика – быстродействие, которое зависит от
максимально возможной частоты операций записи или считывания информации из
ячеек памяти.
(Информационная емкость сегодня варьируется от 1 до 8 Гбайт в зависимости
от производительности компьютера)
Системная (материнская) плата - основной аппаратный элемент
компьютера. На ней реализована магистраль обмена информацией, имеются
2
разъемы для установки процессора и оперативной памяти. А также слоты
(разъемы на материнской плате) для установки контроллеров внешних устройств
(видеоадаптер, модем).
Внешняя (долговременная) память – способна долговременно хранить
большой объем информации (программы, документы, видеоклипы и т.д.) .
Устройство которое обеспечивает запись/считывание информации_
называется накопителем или дисководом, а хранится информация на носителях:
1. жесткие магнитные диски – это несколько десятков дисков,
размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и
вращающихся с большой угловой скоростью, емкость может достигать
150 Гбайт.
2. лазерные диски – компакт диски, емкость до 650 Мбайт и DVD диски,
емкость до 17 Гбайт).
3. Flash – память это микросхема, помещенная в миниатюрный плоский
корпус. Емкость карт памяти может достигать 512 Мбайт.
Устройства ввода информации.
1. клавиатура,
2. манипуляторы – мышь, трекбол (у мыши шар вращается при перемещении
корпуса по поверхности, а у трекбола вращается непосредственно рукой).
3. сенсорная панель – используется вместо манипуляторов в портативных
компьютерах. Перемещение пальца по ее поверхности преобразуется в
перемещение курсора на экране монитора. Нажатие
на поверхность
сенсорной панели эквивалентно нажатию кнопки мыши.
4. графические планшеты – используются для рисования и ввода рукописного
текста. С помощью специальной ручки и мыши на графическом планшете
можно рисовать, чертить схемы и добавлять подписи к электронным
документам.
5. Сканер – используется для оптического ввода в компьютер и преобразования
в компьютерную форму изображений и текстовых документов.
6. Цифровые камеры – видеокамеры и фотоаппараты.
7. звуковая карта и микрофон – для ввода звуковой информации (микрофон
подключается ко входу звуковой карты).
8. Джойстик – (игровые манипуляторы) предназначены для более удобного
управления ходом компьютерных игр. Обычно они представляют собой
рукоятку с кнопками на подставке.
Устройства вывода информации.
1. Монитор – бывают на электронно-лучевой трубке и на жидких кристаллах.
2. принтеры – предназначены для вывода на бумагу числовой, текстовой и
графической информации. Бывают: а) матричные – это принтеры ударного
действия. Печатающая головка состоит из вертикального столбца
маленьких стержней, которые под воздействием магнитного поля
«выталкиваются» из головки и ударяют по бумаге через красящую ленту.
Недостатки: печатают медленно, производят много шума, и качество
печати оставляют желать лучшего. б) струйные – используются
3
чернильные печатающие головки, которые под давлением выбрасывают на
бумагу из ряда мельчайших отверстий капельки чернил различных цветов.
Перемещаясь вдоль бумаги, печатающая головка оставляет строку символов
или полоску изображения. Недостатки: большой расход чернил при их
высокой стоимости.
в)
Лазерные
–
обеспечивают
типографское качество и высокую скорость печати. Применяются для
печати рефератов, документов и т.д.
3. акустические колонки и наушники – используются для прослушивания звука,
подключаются к выходу звуковой платы.
4. Плоттер - используется для вывода сложных и широкоформатных
графических объектов(плакатов, чертежей и т.д.). Принцип действия такой
же, как и струйного принтера.
4