Архитектоника ПК

| Категория реферата: Рефераты по информатике, программированию
| Теги реферата: реферати, реферат на тему
| Добавил(а) на сайт: Канадин.

Центральный процессор
Центральный процессор (CPU) можно без преувеличения считать мозгом компьютера. Он управляет работой всей машины. Такой микропроцессор представляет собой квадратную интегральную микросхему, (поэтому к слову
«процессор» часто добавляют приставку «микро»). Он умеет выполнять арифметические действия (например, складывать, умножать, делить, возводить числа в степень, вычислить значение синуса и т. д.), обеспечивая достаточно высокую точность вычислений. Еще центральный процессор умеет производить логические операции (сравнить на равенство, на совпадение двух условий) и выполнять операции по преобразованию данных. Именно умение процессора выполнять логические операции привело к тому, что чисто вычислительные возможности компьютера стали отходить на второй план, а на первый стала выходить способность компьютера собирать, хранить и перерабатывать (в основном, упорядочивать) информацию.
Операции, выполняемые процессором, называются машинными командами или инструкциями процессора. Так, если собаке можно дать команды вроде
«сидеть», «лежать», «апорт», то команды процессору - это «сложить А и В»,
«умножить А на 255» и т. д. Именно из команд процессору и состоит всякая программа. Набор машинных команд у каждой марки процессора свой собственный, отличный от набора процессора любой другой системы или модели.
Поэтому, иногда можно слышать, как говорят: « …такая-то программа написана для такого-то процессора».
У одних процессоров более богатый набор действий (система команд), у других
- сравнительно небольшой. Сколько бы любая команда не выполнялась, она от этого не изнашивается.
Обычно, быстродействие процессора (вычислительную мощность) выражают через усредненное число операций в секунду или через тактовую частоту в МГц
(Mhz). Тактовая частота - это внутренний ритм работы процессора. Она отражает уровень промышленной технологии, по которой изготавливался данный процессор. Она также характеризирует и компьютер. Увеличение частоты - основных тенденций развития микропроцессоров, центральный процессор - один из самых быстродействующих узлов компьютера. Тактовые импульсы генерирует встроенный в компьютер тактовый генератор, выдерживают частоту их повторения с большой точностью.
Существуют компьютеры, в которых могут одновременно работать несколько процессоров. Это дает увеличение производительности машины и увеличивает ее надежность. Такие машины называют многопроцессорными (мультипроцессорными).

Сопроцессор
Сопроцессор (копроцессор) (coprocessor) - это специальный вспомогательный процессор, устанавливаемый в компьютерах для выполнения специальных операций, «неудобных» в силу различных причин, центральному процессору. В принципе, использование сопроцессора повышает производительность компьютера, так как сопроцессор работает параллельно с центральным.
Сопроцессоры могут установливаться и в различные дополнительные устройства.
Наиболее распространены математические сопроцессоры (арифметические процессоры) (math-coprocessor), для решения частных, сложных математических вычислений и графические сопроцессоры (graphics-coprocessor), ускоряющие формирование изображений.

Машинная память
Память компьютера (memory) - понятие широкое, хотя очевидно, что это то место, где компьютер хранит данные пользователя. Память разделяется на внешнюю, долговременную память и оперативную (внутреннюю, системную, основную или ОЗУ), значительно более быструю. Внешняя память будет рассмотрена позднее, а в этой главе остановимся только на оперативной памяти.
Оперативная память - это место, куда процессор кладет и откуда выбирает данные непосредственно в процессе их обработки. Если сравнивать внешнюю и внутреннюю память по скорости доступа к хранимым в них данным, то окажется, что скорость внутренней памяти, реализованной на микросхемах, на несколько порядков больше, чем у внешней. По сути, память является самостоятельным устройством, как, например, процессор.
Организация внутренней памяти имеет сходство с пчелиными сотами, состоящими из огромного числа одинаковых ячеек. В каждой ячейке может храниться строго определенное число битов (в IBM-совместимых персональных компьютерах каждая ячейка памяти хранит по 8 бит информации). У современных машин, число ячеек памяти достигает десятков миллионов (мегабайт). Все ячейки имеют свой порядковый номер или, иначе говоря, адрес. Процессор использует этот адрес для обращения к нужной ему ячейке. Выполняя программу, компьютер с помощью процессора обращается к нужным ячейкам за их содержимым или записывает в них новые данные. При чтении - информация в ячейке памяти остается старой, не разрушается, а при записи прежнее содержимое может замениться новым.
Память, в которой значение ячеек при записи в них заменяется новым, называется RAM (Random Access Memory) - память с произвольным доступом.
Память, в ячейки которой невозможно записать новые значения называется ROM
(Read Only Memory) - постоянное запоминающее устройство или ПЗУ. Данные в такую память обычно записывает завод-изготовитель компьютера.
Писать и читать ячейки памяти можно неограниченное число раз. Время чтения/записи зависит от технологии изготовления микросхем памяти и на сегодняшний день составляет всего несколько наносекунд. Это время оказывает влияние на скорость работы компьютера, на эффективность его работы в целом.
Дело в том, что микропроцессор работая быстрее, чем микросхемы памяти простаивает, пока не закончится процесс записи или чтения данных.
Соответственно, чем быстрее микросхемы памяти, тем меньше времени процессор тратит в холостую, а значит тем быстрее выполняются программы. Можно сказать, что быстродействие и емкость (максимальный объем одновременно хранимых данных) - две важнейшие характеристики памяти любого типа.
Компьютеру можно добавить (нарастить) оперативную память, правда, в оговоренных для каждой модели пределах.
Данные в оперативной памяти хранятся не постоянно, а только пока компьютер включен и работает. При выключении или же сбое электропитания, все содержимое оперативной памяти будет потеряно. Сразу же после включения компьютера его оперативная память пуста, в ней ничего нет.
Конструктивно, внутренняя память выполнена в виде группы микросхем (модуля памяти) и помещается внутри системного блока на системной плате. Платы, на которых установлены микросхемы памяти, различаются числом контактов, например, 30 или 72 контакта.
Кроме описанной выше «динамической» памяти, существуют микросхемы
«статической» постоянной памяти, данные в которых сохраняются и после отключения питания. Существуют разновидности постоянной памяти, содержимое которой можно «стереть» ультрафиолетовым светом. Такой тип памяти называется EPROM.

Плата модуля компьютерной памяти Организация памяти компьютера

Кэш-память

Кэш-память (cache-memory) - это сверхоперативная память. Она значительно быстрее обычной оперативной памяти, но меньше по объему. Кэш-память доступна только процессору, которая хранит в ней промежуточные и часто используемые данные. Это позволяет процессору затрачивать меньше времени на доступ к данными и раньше освобождаться для других работ. Все это вместе ускоряет исполнение программ. Иначе говоря, кэширование - это организация хранения наиболее употребляемых данных в специально отведенной для этого части памяти с максимально быстрым доступом.
Кэш-память встроенная внутрь микросхемы микропроцессора называется кэш- памятью первого уровня, а установленная вне его - кэш-памятью второго уровня.

Порты
Порты связи (ports) служат для сопряжения компьютера и внешних устройств, таких как мышь, принтер, клавиатура1 и т. д. Часто к портам подключают различные измерительные приборы, датчики. Существуют порты двух типов - последовательные (коммуникационных, сериальные) (serial ports) и параллельные. Поскольку, через них с компьютером может взаимодействовать любое устройство, (при условии, что оно поддерживает протокол порта), и параллельные, и последовательные порты еще называют универсальными. Про внешние устройства, подключаемые к последовательным портам, говорят, что они имеют «последовательный» интерфейс, а про подключаемые к параллельным портам - «параллельный» интерфейс. Все порты могут настраиваться на заданную скорость передачи и приема информации.
Большинство настольных компьютеров имеют два последовательных порта, называемых COM1 и COM2 для подключения внешних устройств, порты COM3, COM4 для устройств, встроенных внутрь системного блока, но можно установить и большее число последовательных портов. К последовательным портам традиционно подключаются модем и мышь. Последовательными порты называются потому, что передают информацию последовательно бит за битом.
Кроме последовательных в компьютере, как правило, имеются порты параллельные - LPT. Через такой порт компьютер может посылать устройству группу бит информации одновременно. Принтер обычно подключается именно к параллельному порту.
Разъемы портов для внешних устройств укреплены на задней панели системного блока.

Разъемы портов на задней панели системного блока

CD-ROM, CD-R И CD-RW диски
CD-ROM диски (лазерно-оптические диски) предназначены для хранения больших объемов информации, но в отличие от жестких дисков их легко заменять один на другой. Они компактны (диаметр диска 4.7 дюйма), надежно сохраняют записанную на них информацию. Записи такого диска удобно тиражировать.
Видимой разницы между компакт-дисками с записью музыки, видео или какой-то другой информации нет.
На одном компакт-диске можно сохранить информации, сколько примерно и на
500 дискетах.
Информация на диске располагается не на кольцевых дорожках, как у магнитных дисков, а на одной, закрученной в спираль.
Однако CD-ROM диски могут быть записаны только один раз. Произвести запись информации можно на специальные диски CD-WORM (Write Once Read Many) -
Запись Однократная - Чтение Многоразовое, CD-R (Compact Disk Recordable) -
Записываемый Компакт Диск или CD-RW (Compact Disk ReWritable) - Компакт
Диск Допускающий Перезапись. Данные с компакт-диска считываются и затем передаются в компьютер порциями.
Скорость работы дисковода компакт-дисков - одна из основных характеристик
CD-дисководов (CD-накопителей, CD-проигрывателей), выражаемая в килобайтах за секунду (Kb/s, Кб/с). Могут встретиться восьми, десяти или двадцатичетырех скоростные модели дисководов (обозначается 2х, 4х, 8x, 10x,
24x, 32х, 40х, 48х …), что означает считывание и передачу данных дисководом компьютеру со скоростью в 8, 10 или 24 раза большей «нормальной».
Существуют модели дисководов для встраивания внутрь системного блока и имеющие собственный корпус (внешний дисковод). Индикатор на лицевой панели дисковода показывает - идет работа с компакт-диском или нет

Лицевая панель CD-дисковода Лицевая панель CD-дисковода

Шина

После сборки и компьютер, и все его адаптеры оказываются связанными между собой множеством соединений (проще говоря, проводами (линиями)). Если бы было возможно связать их вместе, получился бы толстый жгут или шина. Шина
(bus) - это главная магистраль, по которой происходит информационный обмен между устройствами компьютера. При этом количество информации передаваемой за один прием зависит от ширины шины. Время необходимое для однократного считывания или записи данных по проводам шины (операции ввода и вывода данных), называется циклом шины.
Первые шины были шириной (разрядностью) 8 бит, затем в 16-бит и в 32-бита.
Сегодня широко распространены шины шириной 64-бита, а скоро будут в 128 и более бит. Компьютеры часто классифицируют именно по ширине шины.

По команде процессора данные могут быть выбраны из оперативной памяти, где они хранились, и отправлены некоторому адаптеру. Тогда по линиям шины сначала передастся адрес ячейки памяти, а затем передадутся выбранные данные. Понятно, что чем выше пропускная способность шины, ее скорость, чем шире шина данных (чем больше бит данных передается сразу), тем производительней оказывается работа компьютера в целом. Ниже в порядке возрастания скорости передачи данных перечисляются стандарты организации шины:
ISA (Industry Standard Architecture)
EISA (Extended Industry Standard Architecture)
MCA (MicroChannel Architecture)
VLB (Vesa Local Bus)
PCI (Peripheral Component Interconnect

Ширина шины

Клавиатура

Клавиатура (keyboard) - стандартное устройство ввода, предназначенное для ручного ввода. На клавиатуре можно нажать как одну, так и одновременно несколько клавиш. Пользователь нажимает на клавиатуре клавишу, обозначающую некоторый символ, контроллер клавиатуры преобразует код нажатой клавиши в соответствующую последовательность битов и передает их компьютеру. Если клавишу удерживать нажатой, то через небольшой интервал времени после ввода символа клавиатура будет повторять его автоматически (автоповтор).
Пользователь может настроить время задержки перед началом автоповтора и его частоту.
Отображение на экране компьютера, набранного на клавиатуре символа, называется эхом. Если после нажатия клавиши на экране символ не отобразился, говорят, что эхо выключено.
Обычная современная клавиатура для PC имеет, как правило, 101-104 профильные кнопки, среди которых есть алфавитно-цифровые клавиши печатной машинки, необходимые для ввода текста, клавиши управления курсором и ряд специальных клавиш, облегчающих ввод различных команд. Встречаются самые разнообразные формы клавиатур. В переносных моделей, местоположение и форма отдельных клавиш может меняться в зависимости от фирмы-изготовителя клавиатуры.
С точки зрения пользователя наиболее заметными характеристиками клавиатуры являются чувствительность ее клавиш к нажатию, мягкость их хода и расстояние между клавишами. В зависимости от вкуса, одни пользователи предпочитают клавиатуры с жестким, глубоким нажатием, другие, наоборот, с мягким. Тем не менее, специалисты рекомендуют выбрать клавиатуру с мягким ходом клавиш. Кроме того, клавиатура с регулируемым наклоном и опорой для рук, что снижает их утомляемость при продолжительной работе. На долговечность клавиатуры указывает количество нажатий, которые она рассчитана выдержать.
На системном блоке или прямо на клавиатуре может находиться замок, позволяющий ее запереть. Когда клавиатура заперта, она фактически отключена от компьютера, и разблокировать ее можно только обратно открыв ключом.
Большинство моделей клавиатур имеют шнур соединения с компьютером, но есть и беспроводные модели.

Принцип клавиатурного ввода

Фрагмент клавиатуры с указанием кодов клавиш

Монитор

Монитор (дисплей) (monitor) для компьютера - стандартное устройство вывода.
Можно встретить мониторы с диагональю экрана и в 14-дюймов (36 см), 15- дюймов (39 см), 17-дюймов (49 см), в 21-дюйм (54 см), полностраничные мониторы (Full-Page), на экране которых помещается целая страница формата
A4 и много других. Чем больше диагональ монитора, тем он дороже. Мониторы бывают как цветные, так и однотонные (монохромные), в которых изображение получается всегда одного цвета, но с разными оттенками яркости.
Всякое изображение на экране монитора образуется из огромного количества светящихся разными цветами точек, называемых пикселями (это название происходит от PICture CELL - т. е. элемент картинки). Пиксель - самое мелкое, что может быть отображено на экране. Чем меньше размер такой точки
(зерна) (0.33 мм, 0.28 мм, 0.18 мм и т. д.), тем четче, контрастнее изображение, тем легче прочесть самый мелкий текст, а значит, и меньше напряжение глаз. Вообще, качество изображения на мониторе во многом определяет то чувство комфорта или дискомфорта, которое Вы испытываете при работе с компьютером.
Есть двух принципа действия мониторов: с кинескопом (электронной лучевой трубкой) - CRT (Catode Ray Tube) и экраном на жидких кристаллах - LCD
(Liquid Crystal Display). Жидкокристаллические дисплеи имеют несколько меньшую яркость, но они компактны и потребляют меньше электроэнергии, поэтому, их устанавливают в переносные компьютеры, где большое значение имеют вес и габариты машины.
Среди жидкокристаллических дисплеев встречаются дисплеи DSTM и CSTNT, называемые пассивной матрицей, ТFT-дисплеи, иногда называемые активной матрицей. В них отсутствуют типичные для мониторов на кинескопах искажения.
Очевидно, в ближайшем будущем они практически вытеснят мониторы на кинескопах.
Сейчас практически все CRT мониторы имеют специальное анти-бликовое покрытие, уменьшающее вредный для глаз отраженный свет окон и осветительных приборов.
У большинства из них уровни ультрафиолетового и гамма излучений находятся в пределе установленных медицинских норм - LR (Low Radiation). Мониторы с защитой от статического электричества, маркируются AS (Anti-Static). Если в дополнение установить защитный экран (фильтр), то он помимо прочего может снимать и электромагнитное излучение. Для этого к нему обязательно нужно подсоединить заземляющий провод.

Увеличение изображения на экране монитора

Управление монитором размером и положением картинки

Возможные искажения картинки на экране

Видеоадаптер

Картинку на экране компьютер формирует благодаря адаптеру монитора
(видеоадаптеру, графическому адаптеру, видеоплате, видеокарте). Изображение на экране дисплея формируется и хранится в памяти видеоадаптера.
Видеоадаптер может быть сделан на отдельной печатной плате и вставляться в разъем расширения, но может и сразу присутствовать на системной плате (on- board). У видеоадаптера есть два режима работы: текстовый и графический. В первом - изображение на экране может состоять только из символов кодовой таблицы ASCII, а во втором - картинка, которая видима на экране монитора, как мозаика выстраивается из множества пикселей. Количество цветов и число точек по горизонтали и вертикали, которые можно одновременно увидеть на экране, зависит о возможностей конкретного видеоадаптера, от объема установленной на нем памяти (видеопамяти).