Тема №2

Техническое обеспечение ПЭВМ

1. Структура ЭВМ. Основные элементы ПК.

1. Системный блок – это основной блок, который содержит самые главные части компьютера:

• системную или материнскую плату;
• блок питания
• жесткий диск – винчестер
• дисководы (для дискет, компакт-дисков)

2. Клавиатура – устройство для ввода информации в системный блок
3. Монитор – устройство для отображения информации

Кроме того, в состав ПК входят манипулятор “мышь”, принтер, джойстик, динамики, модем, сканер и т.п..

По расположению устройств компьютерной системы их делят на внешние и внутренние. Внешние устройства, их так же называют периферийные, подключаются к системному блоку с помощью кабелей и разъемов. Внутренние располагаются внутри системного блока. Как правило, внешние устройства служат для ввода и вывода информации, а внутренние для ее хранения и обработки.

Все компьютерные устройства, во-первых, питаются  от  электрической  сети с помощью силового кабеля. (Обычно  любое  оборудование  периферии  имеет  свой  силовой  кабель, кроме  клавиатуры  и  мыши. Клавиатура  и  мышь  получают  питание  непосредственно  от  системного  блока) Во-вторых, обмениваются  информацией  в  виде  электрических  импульсов, с помощью сигнального кабеля. Сетевой кабель — это  сигнальный  кабель, соединяющий  компьютер  с другими  компьютерами.

2. Архитектура персонального компьютера

При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения:

Классическая архитектура фон Неймана: (разработана в 1945 году Джоном фон Нейманом, на ее основе строились первые ЭВМ)

Устройства ввода служат для занесения в оперативную память ЭВМ как текста программы, так и всех исходных данных.

Процессор – устройство, осуществляющее обработку информации:

Устройство управления (УУ) обеспечивает координацию действий всех узлов машины в соответствии с программой.
Арифметико-логического устройство (АЛУ) выполняет все арифметические и логические операции.

Оперативная память служит для хранения выполняемой программы и основной части обрабатываемой информации.

3. Устройство современного компьютера

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это серьезно беспокоило руководство фирмы IBM (International Business Machines Corporation) - ведущей компании по производству больших ЭВМ. И в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров. Однако руководство фирмы недооценило будущую важность этого рынка, рассматривая создание компьютера всего лишь как мелкий эксперимент. Чтобы не тратить на этот эксперимент много средств, руководство фирмы разрешило подразделению использовать блоки, изготовленные другими фирмами. Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила его сборку из независимо изготовленных частей по принципу открытой архитектуры.

В современных персональных компьютерах, как правило, используется принцип открытой архитектуры.  Он заключается в том, что все устройства компьютера взаимодействуют и соединяются между собой стандартным, известным образом и любой производитель, руководствуясь ими, может начать производство какого-либо устройства.

Преимущества открытой архитектуры:

• возможность выбора необходимой конфигурации компьютера
• возможность расширять и модернизировать компьютерную систему

Архитектура современных персональных компьютеров (ПК) основана на магистрально-модульном принципе. Компьютер состоит из разрозненных частей – модулей. Модулем ПК будем называть любое относительно самостоятельное устройство компьютера (процессор, оперативная память, контроллер, дисплей, принтер, сканер и т.д.) Для того чтобы компьютер работал как единый механизм, необходимо осуществлять обмен данными между различными устройствами, за это отвечает системная (магистральная) шина.

Системная шина осуществляет обмен информацией по трем многоразрядным шинам, соединяющим модули:

• шина данных,
• шина адресов,
• шина управления (инструкций).

Центральные устройства подсоединены к шине непосредственно, а периферийные – через устройства сопряжения (контроллеры или адаптеры)

Схема аппаратурной части компьютера

Системная или материнская плата –  это основная электронная плата в компьютере. На ней обычно располагается:

1. Центральный процессор и сопроцессор

Центральный процессор (микропроцессор) - CPU (Central Processing Unit), он управляет работой всех узлов ПК и программой, описывающей алгоритм решаемой задачи. МП имеет сложную структуру в виде электронных логических схем. В качестве его компонент можно выделить два основных блока:

• АЛУ    –    арифметико-логическое    устройство, предназначенное для выполнения процесса вычислений;
• ЦУУ – центральное устройство управления – устройство, обеспечивающее управление всеми процессами в компьютере.

Для расширения возможностей ПК и повышения функциональных характеристик микропроцессора дополнительно может поставляться математический сопроцессор, служащий для расширения набора команд МП. Например, математический сопроцессор IBM-совместимых ПК расширяет возможности МП для вычислений с плавающей точкой; сопроцессор в локальных сетях (LAN-процессор) расширяет функции МП в локальных сетях.

Самой важной характеристикой процессора является его быстродействие (производительность, тактовая частота) — количество операций, выполняемых в секунду. Посредством выработки и передачи другим его компонентам управляющих импульсов, поступающих от кварцевого тактового генератора, который при включении ПК начинает вибрировать с постоянной частотой (100 МГц, 200-400 МГц и выше). Эти колебания и задают темп работы всей системной платы;

2. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – RAM – Random Access Memory – это запоминающее устройство, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и временного хранения  выполняемых программ и данных

ОЗУ обеспечивает хранение информации лишь в течение сеанса работы с ПК – после выключения компьютера из сети данные, хранимые в ОЗУ, теряются безвозвратно, то есть ОЗУ – энергозависимое устройство.

3. Кэш-память или сверхоперативная память. Скорость обработки информации центральным процессором уже так высока, что современные устройства ОЗУ не справляются с функцией посредника между ЦП и внешней памятью. Поэтому было добавлено еще одно устройство – кэш-память – служащее посредником между ОЗУ и ЦП. Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память.

4. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – предназначено для хранения оперативной информации, обеспечивающей запуск компьютера.

Блок ПЗУ состоит из двух частей:

• BIOS (Basic Input/Output System) – базовая система ввода и вывода. В ней хранится постоянная информация, заложенная на заводе-изготовителе, обеспечивающая запуск ПК.
• СМOS – переменная часть ПЗУ, где хранится информация о конфигурации ПК (перечень устройств, входящих в комплект ПК и их характеристики).

После выключения питания компьютера, информация в ПЗУ сохраняется, за счет энергии от специальных автономных батарей. Таким образом, ПЗУ является энергонезависимой памятью.

Внешняя память. Устройства внешней памяти весьма разнообразны

Диски относятся к носителям информации с прямым доступом, т.е. ПК может обратиться к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию, непосредственно.

Магнитные диски (МД)— в качестве запоминающей среды используются магнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры — 0 и 1. Информация на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей - дорожек.

• Гибкие магнитные диски – дискеты или флоппи-диски - магнитный слой наносится на гибкую основу
• Жесткие магнитные диски или «винчестеры» HDD (Hard Disk Drive) изготовлены из сплавов алюминия или из керамики и покрыты ферролаком, вместе с блоком магнитных головок помещены в герметически закрытый корпус. Один ЖД можно разбить при помощи специальной программы на несколько логических дисков и работать с ними как с разными ЖД.

Накопители на оптических дисках – двоичная информация представляется последовательным чередованием углублений и основного слоя. Оптические делятся на:

• не перезаписываемые лазерно-оптические диски или компакт-диски (CD-ROM).
• перезаписываемые CD-RW-диски имеют возможность перезаписывать информацию
  DVD -

Магнитооптические диски (ZIP) — запись на такой диск производится под высокой температурой намагничиванием активного слоя, а считывание — лучом лазера.

Любое периферийное устройство нуждается в специальных программах (для управления каждым устройством - своя). Такие программы называются “драйверами” (от английского drive - приводить в движение, управлять).