Архитектура персонального компьютера — в помощь студенту

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

плоттер

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

История графопостроителя.

Первым появившимся на свет плоттером считается Calcomp 565. Он поступил в продажу в 1959 году. В данный период компьютеры, или электронно-вычислительные машины (ЭВМ) были невероятно гигантскими по сравнению с современными ноутбуками и персональными компьютерами, к которым мы уже попривыкли.

В семидесятые годы прошедшего столетия HP и Tektronix, известные корпорации цифровой техники, показали миру плоттеры со стандартной разрешающей способностью размером с рабочий стол, названные «планшетными плоттерами», а в восьмидесятые вышел менее габаритный и более легкий HP 7470.

Он был незаменимым средством тиражирования в сфере бизнеса, но ввиду медленной скорости печати они оказались малополезными для распечатки рисунков общего применения.

Во времена, когда струйные и лазерные принтеры начали набирать популярность из-за их высокой скорости печати, плоттерами постепенно переставали пользоваться.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Способы и средства нарушения конфиденциальности информации - в помощь студенту

Оценим за полчаса!

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Кроме этого, некоторые модели оснащены функцией резки, что используется при печати на термоклеющейся пленке, этикеток, логотипов и так далее.» width=»640″>

Плоттер.

Графопостроитель  (от греч .  γράφω — пишу, рисую),  плоттер  — устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке.

Плоттером называется оборудование, которое применяется для широкоформатной печати.

Графопостроитель, так еще называют плоттер, в зависимости от особенностей работы может печатать не только на бумаге, но и других материалах, синтетических носителях, пленке и так далее.

Кроме этого, некоторые модели оснащены функцией резки, что используется при печати на термоклеющейся пленке, этикеток, логотипов и так далее.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Все модели устройств для широкоформатной печати классифицируют на такие виды плоттеров:

  • перьевые;
  • струйные;
  • электростатические;
  • ППВИ;
  • термоплоттеры;
  • лазерные;
  • светодиодные.

Каждый из них имеет свои особенности и подходит для решения определенных задач.

Классификация плоттеров.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Перьевые плоттеры.

Перьевыми устройствами называется электромеханическое оборудование векторного типа. Картинка или изображение на бумагу или иной носитель в таких устройствах наносится пишущим элементом или пером, что может двигаться в двух направлениях.

Главными преимуществами перьевых графопостроителей выступает:

  • очень высокое качество печати;
  • высокая цветоотдача и контраст при печати цветных изображений.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Струйные плоттеры.

Технология струйной печати, применяемая в плоттерах, немного схожая с технологией, используемой в принтерах. Печать происходит путем нанесения большого количества точек с краской. Обычно применяется 4 стандартных цвета:

  • черный ;
  • пурпурный ;
  • желтый;
  • голубой .

Струйные устройства пользуются высокой популярностью, так как обладают многими преимуществами:

  • хорошая скорость печати;
  • высокое разрешение;
  • легкость и доступность обслуживания;
  • доступность расходных материалов;
  • приемлемая стоимость оборудования.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Электростатические плоттеры.

В электростатических плоттерах наносится невидимое изображение на специальную бумагу, а после к заряженным частицам носителя прилипает жидкая краска. Последующим и завершающим этапом просушка бумаги.

Применение этой технологии позволяет получать высококачественные и точные изображения в короткие сроки, но при этом имеет и свои недостатки:

  • поддержание температуры и влажности на определенном показателе в помещении;
  • сложность обслуживания;
  • высокая цена.

Они являются отличным решением для предприятий, которые выдвигают требования к качеству и разрешения, а также если требуется высокая скорость печати и производительность.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Плоттеры прямого вывода изображения.

В оборудовании такого типа изображение наносится на термобумагу, пропитанную специальным составом. При прохождении через «гребенку» в местах воздействия термических нагревателей бумага меняется свой цвет, что способствует появлению изображения.

Хорошо подходит такое оборудование для проектных и инженерных организаций. Несмотря на монохромность печати, позволяет получать качественные и точные изображения. К тому же такой плоттер нетребователен к обслуживанию и не нуждается в соблюдении специальных условий при работе.

Изображение получается высококачественным (разрешение до 800 тнд), однако только монохромным.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Плоттеры на основе термообработки.

Принцип работы схож с вышеописанными устройствами (ППВИ). Главное отличие заключается в том, что при прохождении термобумаги через «гребенку» между ними находится специальный цветной донор.

При печати цветного изображения процесс прохождения через гребенку повторяется необходимое количество раз. Главным преимуществом использования этого оборудования то, что изображение получается устойчивым к воздействию влаги и ультрафиолета.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Лазерные и светодиодные плоттеры.

Технология печати в таких устройствах очень схожая с технологией, применяемой в лазерных и светодиодных принтерах. При помощи лазерного луча или светодиодов наносится невидимое изображение, после к заряженным частицам бумаги пристает тонер, который впоследствии запекается.

Светодиодные и лазерные устройства обеспечивают высокое разрешение и качество изображения, а также отличаются высокой скоростью печати и производительности, но обладают существенным недостатком – высокой стоимостью.

  • Обзор популярных моделей струйных плоттеров HP.
  • HP Designjet 111
  • HP Designjet T7100
  • HP Designjet T2300
  • HP Designjet Т1200

Источник: https://multiurok.ru/files/elektronnyi-kurs-po-teme-arkhitektura-kompiutera.html

Архитектура персонального компьютера

На этом уроке мы с вами
познакомимся с магистрально-модульным принципом построения компьютера, узнаем,
что относится к основным логическим узлам компьютера, рассмотрим, какие
устройства находятся на материнской плате, и многое другое.

Компьютер
это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления,
обработки и передачи информации.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

К основным логическим
узлам компьютера относятся центральный процессор, основная память, внешняя
память, периферийные устройства.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Персональные компьютеры начали
появляться благодаря развитию микропроцессоров в 1980-х годах.

Архитектура персонального
компьютера
– это логическая организация, структура и ресурсы, то
есть средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу
обработки данных на определённый интервал времени.

В основе архитектуры
современных персональных компьютеров лежит магистрально-модульный принцип.
Давайте рассмотрим рисунок.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Итак, перед вами
изображена архитектура персонального компьютера. На ней изображены
функциональные блоки персонального компьютера, к которым относятся устройства
ввода/вывода, внешние запоминающие устройства, центральный процессор, память и
видеопамять.

Все эти блоки соединены между собой информационной магистралью,
которая называется системной шиной. Она состоит из трёх частей: шина
данных
, шина адреса, шина управления. Шина данных
используется для передачи данных к функциональным блокам.

Шина адреса
предназначена для передачи адресов устройств, которым передаются данные. И
последняя, шина управления используется для передачи управляющих
сигналов, которые синхронизируют работу разных устройств.

То есть через шину
передаются все данные от одного устройства к другому.

Также на рисунке у нас
есть такие элементы, как контроллеры. Контроллеры – это периферийные
устройства, которые управляют внешними устройствами. Передача всех данных
осуществляется через шину.

Также мы можем видеть на
рисунке сплошные и пунктирные стрелки. Сплошными стрелками изображены
направления потоков информации, а пунктирными – направление управляющих
сигналов.

В этой архитектуре
существует такое значительное достоинство, как принцип открытой архитектуры.
То есть мы можем подключать к компьютеру новые устройства или заменять старые
на более современные. Для каждого типа и модели устройства используется свой
контроллер.

Например, если мы
подключим компьютерную мышь через USB-порт, то она определится у нас на компьютере только
после установки в операционную систему специальной программы для управления
этим устройством. Такие программы называются драйверами устройств.

  • Таким образом, можно
    сформулировать следующее определение: открытая архитектура персонального
    компьютера
    – это архитектура, предусматривающая модульное построение
    компьютера с возможностью добавления и замены отдельных устройств.
  • Это то, что касается
    принципов обмена информацией между устройствами.
  • Материнская плата
    – это сложная многослойная печатная плата, являющаяся основой построения
    вычислительной системы.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Изначально дополнительные
устройства (например, внутренний модем, сетевой адаптер беспроводной связи Wi-fi, звуковая плата и так далее)
подключались к материнской плате с помощью слотов расширения и разъёмов.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

В наше время такая
необходимость отпала, так как большинство дополнительных устройств уже встроены
в современные материнские (системные) платы.

Основными (несъёмными)
частями материнской платы являются разъём процессора, разъёмы оперативной
памяти, микросхемы чипсета, загрузочное ПЗУ, контроллеры шин и их слоты
расширения, контроллеры и интерфейсы периферийных устройств.

Важнейшей частью
материнской платы является чипсет. Чипсет – это набор микросхем, который
связывает память, процессор, видеоадаптер, устройства ввода/вывода и другие
элементы персонального компьютера, для выполнения совместных функций.

В современных компьютерах
находятся две основные большие микросхемы чипсета: контроллер-концентратор
памяти (северный мост) и контроллер-концентратор ввода/вывода (южный мост).

Давайте рассмотрим схему
архитектуры персонального компьютера.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Северный мост отвечает за
работу процессора с оперативной памятью и видеосистемой. От его параметров
(тип, частота, пропускная способность) зависят параметры подключённых к нему
устройств: системной шины, оперативной памяти, видеоадаптера. Северный мост
подключается напрямую к центральному процессору через системную шину.

Южный мост обеспечивает
работу с внешними устройствами и обычно подключается к центральному процессору
через северный мост при помощи внутренней шины.

Все устройства компьютера
соединены между собой шинами различных видов.

Быстродействие
процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно
различаются.

Быстродействие устройства, в свою очередь, зависит от тактовой
частоты обработки данных, которая обычно измеряется в мегагерцах, и
разрядности. Разрядность – это количество битов данных, обрабатываемых
за один такт.

Читайте также:  Устройства вывода звука - в помощь студенту

Такт – это промежуток времени между подачами электрических
импульсов, которые синхронизируют работу устройств компьютера.

Пропускная способность
шины

– это скорость передачи данных между устройствами, которые она соединяет. А
исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что скорость передачи данных
различных шин будет также отличаться.

Рассмотрим формулу для вычисления
пропускной способности шины (измеряется в битах в секунду). Она равна
произведению разрядности шины и частоты шины.

Разрядность измеряется в битах,
частота – в герцах, в свою очередь, 1 герц равен 1 такту в секунду.

Например, для быстрой
работы компьютера пропускная способность шины оперативной памяти должна
совпадать с пропускной способностью шины процессора.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Как говорилось ранее, Северный
мост связан с процессором системной шиной. Например, если разрядность системной
шины составляет 64 бита, а частота – 1066 МГц, то пропускная способность будет
равна:

64 · 1066 = 68 224 Мбит/с
≈ 66,6 Гбит/с ≈ 8 Гбайт/с.

Перейдём к частоте
процессора. Тактовая частота процессора показывает, сколько процессор может
произвести вычислений в единицу времени. Из этого следует вывод, что чем больше
частота, тем больше операций в единицу времени может выполнить процессор.

Тактовая частота современных процессоров составляет от 1 до 4 ГГц. Рассмотрим
формулу. Тактовая частота равна произведению внешней или базовой частоты на
определённый коэффициент. Коэффициент зависит от характеристик процессора.

Например, процессор Intel Core
i7 920 использует частоту шины 133 МГц и множитель 20. Значит, тактовая частота
будет равна:

133 · 20 = 2660 МГц.

Шина памяти соединяет
оперативную память и северный мост, и, соответственно, служит для передачи
данных между этими устройствами.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Частота шины памяти может
быть больше частоты системной шины.

Следующая шина, которую
мы рассмотрим, – PCI Express. Она соединяет видеоплату с северным мостом.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Так как в наше время
очень быстро развивается компьютерная графика, то потребность в скорости
передачи данных от видеоплаты к оперативной памяти и
процессору возрастает. Наибольшее распространение получила шина PCI Express – это ускоренная шина взаимодействия
периферийных устройств. Её пропускная способность может достигать до 32
гигабайт в секунду.

К самой же видеоплате с помощью аналогового разъёма VGA (графический
адаптер) или цифрового разъёма DVI
(цифровой
видеоинтерфейс) подключается монитор или проектор.

Жёсткие диски, CD-дисководы, DVD-дисководы подключаются к южному
мосту при помощи шины SATA

это последовательная шина подключения накопителей.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

  1. Скорость передачи данных
    по ней может достигать 300 Мбайт в секунду.
  2. Для подключения
    периферийный устройств (принтера, клавиатуры, сканера и других), которые имеют USB-выход, к южному мосту используется шина
    USB

    это универсальная последовательная шина.

Её пропускная способность
достигает 60 Мегабайт в секунду. При помощи шины USB к компьютеру можно одновременно
подключить до 127 периферийных устройств.

При увеличении производительности
процессора происходит увеличение производительности самого компьютера.

Увеличение
производительности процессора происходит за счёт увеличения частоты. Но, как
говорится, всему есть свой предел. При увеличении частоты процессора происходит
также увеличение тепловыделения, которое не может быть не ограниченным.
Выделение процессором теплоты Q
пропорционально потребляемой мощности P, которая, в свою очередь,
пропорциональна квадрату частоты.

Q
~
P ~
v2.

Поэтому для того, чтобы
увеличить производительность процессора, начали увеличивать количество ядер
процессора (арифметических логических устройств).

В 2005 году был создан
первый двухъядерный микропроцессор. Это сделали практически одновременно две
фирмы – Intel
и AMD.
Такая архитектура позволяет производить на персональном компьютере параллельную
обработку данных, что существенно увеличивает его производительность.

Можно
сказать, что в архитектуре находятся 2 центральных процессора, работа которых
согласована между собой, и они объединены между собой, например, контроллером.
За счёт этого поток данных идёт не к одному центральному процессору, а
разделяется на два.

И увеличивается быстродействие компьютера.

  • В настоящее время
    количество ядер в микропроцессорах достигает 8.
  • А сейчас пришло время
    подвести итоги урока.

Сегодня мы с вами
познакомились с магистрально-модульным принципом построения компьютера.
Рассмотрели, какие устройства находятся на материнской плате. А также подробно
ознакомились с архитектурой персонального компьютера.

Источник: https://videouroki.net/video/2-arhitektura-personalnogo-kompyutera.html

Практикум по теме "Архитектура персонального компьютера"

Архитектура персонального компьютера - в помощь студентуАрхитектура персонального компьютера - в помощь студентуАрхитектура персонального компьютера - в помощь студентуАрхитектура персонального компьютера - в помощь студентуАрхитектура персонального компьютера - в помощь студентуАрхитектура персонального компьютера - в помощь студентуАрхитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Механический манипулятор, преобразующий механические движения в движение курсора на экране.

Устройство для управления компьютером с помощью перемещения указателя на экране монитора.

Монитор – устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода.

Клавиатура – клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации.

Изображение на экране ЭЛТ монитора создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой.

Разъемы для аудиоустройств – акустическая система или наушники подключаются к зеленому разъему, микрофон – к розовому разъему, а к синему разъему подключаются различные проигрыватели (и другие звуковые устройства для записи звука на компьютер).

Внешние устройства ПК

Жидкокристаллические мониторы сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам.

Разъем для подключения монитора – этот разъем не всегда находится в этой группе. Может быть двух видов (синий или белый, реже желтый).

Разъем компьютерной сети – в этот разъем подключается кабель компьютерной сети, через которую можно подключиться к Интернету или обмениваться данными с другими компьютерами.

Разъемы для клавиатуры и мыши – к фиолетовому разъему подключается клавиатура, а к зеленому разъему подключается мышь. Иногда эти разъёмы отсутствуют, в этом случае и клавиатура и мышь подключаются к USB-разъемам.

Разъемы USB – подключается большинство всевозможных внешних устройств (принтер, сканер, внешний кард-ридер, флэшка и многое другое). Разъемов USB может быть от четырех до двенадцати.

Разъем питания – для подключения компьютера к электрической сети. В этот разъем вставляется шнур, на другом конце которого обычная штепсельная вилка..

Внутренний кард-ридер – устройство для считывания информации с флэш-карт памяти, которые применяются в фотоаппаратах, видеокамерах, мобильных телефонах.

Стандартные разъемы – группа разъёмов, к которым можно подключить клавиатуру, мышь, аудиосистему, и другие внешние устройства.

Дисковод гибких дисков – для считывания информации с дискет (встречается уже гораздо реже, так как морально устарел)

Дополнительные разъемы – выводы от дополнительных внутренних устройств

Индикатор обращения к жесткому диску – если Вы видите мигающую красную лампочку, значит, в данный момент происходит чтение с жесткого диска (или запись на него)

Источник: https://infourok.ru/praktikum-po-teme-arhitektura-personalnogo-kompyutera-941633.html

Архитектура персонального компьютера

  • Архитектура персонального компьютера (ПК) включает в себя структуру, которая отражает состав ПК, и программное обеспечение.
  • Структура ПК – это набор его функциональных элементов (от основных логических узлов до простейших схем) и связей между ними.
  • Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов ПК, к которым относят процессор, оперативное запоминающее устройство, внешние запоминающие устройства и периферийные устройства.
  • Основным принципом построения всех современных ПК является программное управление.

Классическая архитектура фон Неймана

В $1946$ году американские математики Джон фон Нейман, Герман Голдштейн и Артур Бёркс в совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. На основе этих принципов производилось $1$-е и $2$-е поколение компьютеров. В следующих поколениях происходили некоторые изменения, но принципы фон Неймана (как они были названы) сохранялись.

Основные принципы фон Неймана:

  1. Использование двоичной системы счисления в ПК, в которой устройствам гораздо проще выполнять арифметико-логические операции, чем в десятичной.
  2. Программное управление ПК. Работа ПК управляется программой, которая состоит из набора команд, выполняющихся последовательно одна за другой. Создание машины с хранимой в памяти программой положило начало программированию.
  3. Данные и программы хранятся в памяти ПК. Команды и данные кодируются одинаково в двоичной системе.
  4. Ячейки памяти ПК имеют последовательно пронумерованные адреса. Возможность обращения к любой ячейке памяти по ее адресу позволила использовать переменные в программировании.
  5. Возможность условного перехода при выполнении программы. Команды в ПК выполняются последовательно, но при необходимости можно реализовать переход к любой части кода.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Основным принципом было то, что программа уже стала не постоянной частью машины, а изменяемой, в отличие от аппаратуры, которая остается неизменной и очень простой.

Фон Нейманом также была предложена структура ПК (рис. 1).

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

  1. Рисунок 1. Структура ПК
  2. В состав машины фон Неймана входили:
  • запоминающее устройство (ЗУ);
  • арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое выполняло все арифметические и логические операции;
  • устройство управления (УУ), которое координирует действия всех узлов машины в соответствии с программой;
  • устройства ввода-вывода.

Программы и данные вводились в ЗУ из устройства ввода через АЛУ. Все команды программы записывались в ячейки памяти последовательно, а данные для обработки – в произвольные ячейки.

Команда состояла из указания операции, которую необходимо выполнить, и адресов ячеек памяти, в которых хранятся данные и над которыми необходимо выполнить нужную операцию, а также адреса ячейки, в которую необходимо записать результат (для хранения в ЗУ).

Из АЛУ результаты выводятся в ЗУ или устройство вывода. Принципиально эти устройства отличаются тем, что в ЗУ данные хранятся в удобном для обработки ПК виде, а на устройства вывода (монитор, принтер и т.п.) в удобном для человека.

От УУ на другие устройства поступают сигналы с командами, а от других устройств УУ получает информацию о результате их выполнения.

В УУ содержится специальный регистр (ячейка) – счетчик команд, в который записывается адрес первой команды программы.

УУ считывает из памяти содержимое соответствующей ячейки памяти и помещает его в специальное устройство – регистр команд.

УУ определяет операцию команды, «отмечает» в памяти данные, адреса которых указаны в команде, и контролирует выполнение команды. Операцию выполняет АЛУ или аппаратные средства компьютера.

После выполнения команды счетчик команд увеличивается на $1$ и указывает на следующую команду программы. При необходимости выполнения команды, которая не следует по порядку за текущей, специальная команда перехода содержит адрес ячейки, в которую нужно передать управление.

Архитектура современных ПК

В основу архитектуры современных ПК заложен магистрально-модульный принцип. ПК состоит из отдельных частей – модулей, которые являются относительно самостоятельными устройствами ПК (напрмер, процессор, оперативная память, контроллер, дисплей, принтер, сканер и т.д.).

Модульный принцип позволяет пользователю самостоятельно комплектовать необходимую конфигурацию ПК и производить при необходимости его обновление.

Модульная организация системы опирается на магистральный принцип обмена информацией.

Для работы ПК как единого механизма необходимо осуществлять обмен данными между различными устройствами, за что отвечает системная (магистральная) шина, которая выполняется в виде печатного мостика на материнской плате.

Основные особенности архитектуры ПК сводятся к принципам компоновки аппаратуры, а также к выбранному набору системных аппаратных средств.

Подобная архитектура характеризуется ее открытостью – возможностью включения в ПК дополнительных устройств (системных и периферийных), а также возможностью простого встраивания программ пользователя на любом уровне программного обеспечения ПК.

Замечание 1

Также совершенствование архитектуры ПК связано с максимальным ускорением обмена информацией с системной памятью. Именно из системной памяти, в которой хранятся данные, ПК считывает все исполняемые команды. Таким образом больше всего обращений центральный процессор совершает к памяти и ускорение обмена с памятью приведет к существенному ускорению работы всей системы в целом.

Т.к. при использовании системной магистрали для обмена процессора с памятью приходится учитывать скоростные ограничения самой магистрали, то существенного ускорения обмена данными с помощью магистрали добиться невозможно.

Для решения этого вопроса был предложен следующий подход.

Системная память вместо системной магистрали подключается к специальной высокоскоростной шине, которая дистанционно находится ближе к процессору и не требует сложных буферов и больших расстояний.

В этом случае обмен с памятью идет с максимально возможной для процессора скоростью, и системная магистраль не замедляет его. Особенно актуальным это решение стало с ростом быстродействия процессора.

Таким образом, структура ПК из одношинной, которая применялась только в первых компьютерах, становится трехшинной.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Рисунок 2. Трехшинная структура ПК

АЛУ и УУ в современных ПК образуют процессор. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем, называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.

Многопроцессорная архитектура ПК

Наличие в ПК нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и команд, т.е. одновременно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Рисунок 3. Архитектура многопроцессорного ПК

Многомашинная вычислительная система

В архитектуре многомашинной вычислительной системы каждый процессор имеет свою оперативную память. Применение многомашинной вычислительной системы эффективно при решении задач, которые имеют очень специальную структуру, которая должна состоять из такого количества ПК, на сколько слабо связанных подзадач разбита система.

Многопроцессорные и многомашинные вычислительные системы имеют преимущество перед однопроцессорными в быстродействии.

Архитектура с параллельными процессорами

В данной архитектуре несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе, т. е. по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

Архитектура персонального компьютера - в помощь студенту

Рисунок 4. Архитектура с параллельным процессором

В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и другие архитектурные решения, отличные от рассмотренных выше.

Читайте также:  Ориентация как отражение свойств сигма-комплекса - в помощь студенту

Источник: https://spravochnick.ru/informatika/arhitektura_personalnogo_kompyutera/

Исследовательская работа "Архитектура и основные принципы организации персонального компьютера"

 XII Районная научно-практическая конференция «Первые шаги в науку»
Полное название темы работы  Архитектура и основные принципы организации персонального компьютера.
Научное направление  Естественные науки и инженерные технологии. Информационные  системы и технологии в науке, технике, образовании.  
Тип работы  Исследовательская  работа
Возрастная номинация, дата рождения: ДДММГГ  14 лет,  8 класс
Фамилия, имя, отчество автора  Жвиков Александр Михайлолвич Завадский Тимофей Владимирович
Территория   п. Абан, Абанский район, Красноярский край
Место учебы:  МБОУ Абанская СОШ№4 им.В.С.Богуцкого
Класс  8 класс
Место выполнения работы
Руководитель  Гузова Тамара Ивановна, учитель информатики и ИКТ,  МБОУ     Абанская СОШ №4, tamara_an64@mail.ru 
Научный руководитель
e-mail (обязательно)Контактный телефон abanschool4@mail.ru (839163) 22-3-18
  • Аннотация
  • Жвиков Александр Михайлович, Завадский Тимофей Владимирович
  • п.Абан, МБОУ Абанская СОШ№4, 8 класс
  • «Архитектура и основные принципы организации персонального компьютера»  
  • Руководитель: Гузова Тамара Ивановна учитель, информатики и ИКТ, МБОУ Абанская СОШ№4, tamara_an64@mail.ru 

Цель работы: изучить архитектуру персонального компьютера, в основу которого положен магистрально-модульный принцип, исследовать центральную  частью компьютера —  системный блок и его основные комплектующие: материнскую плату, микропроцессор, внутреннею  память. Практически научиться  разбирать, собирать и заменять основные компоненты системного блока.

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………………………..4

Основная часть…………………………………………………………………………………….6

Глава 1.  Архитектура персонального компьютера…………………………………………… 6

1.1. Минимальная конфигурация компьютера………………………………………………….6

1.2. Магистрально-модульный принцип построения компьютера……………………………7

Глава 2. Системный блок  компьютера………………………………………………………….8

2.1. Материнская плата……………………………………………………………………………8

         2.1.1. Основные компоненты материнской платы……………………………………….

         2.1.2. Классификация материнской платы………………………………………………..

2.2. Микропроцессор ……………………………………………………………………………10

         2.2.1.  История развития микропроцессоров  ……………………………………………11

         2.2.2. Внутренняя организация микропроцессора ………………………………………13

         2.2.3. Принципы работы процессора и его характеристики…………………………….14

         2.2.4. Классификация микропроцессоров…………………………………………………15

2.3. Внутренняя память………………………………………………………………………….16

        2.3.1. Характеристика внутренней памяти………………………………………………..

        2.3.2. Типы и характеристика оперативной памяти………………………………………17

Заключение ……………………………………………………………………………………….19

Библиографический список ………………………………………………………………………20

Введение

    В современном мире компьютер занял в жизни человека особое место, которое играет важную роль в повседневной жизни.

Еще с первых времен, когда наступил век компьютерных технологий, человечество с большим интересом следило за развитием техники, и все больше внедряли  компьютеры в обыденную жизнь, и это стало важнейшим фактором зависимости человека от подобных технологий. Компьютер заменил всю бумажную историю, отчетность и прочий старомодный механизм работы различных компаний и предприятий.

  Сложно, наверное, оценить какую роль играет в современной жизни компьютер. Сказать что важную, это практически ничего не сказать. Если из строя выйдет компьютер на предприятии или фирме, то это может повлечь массу проблем: останавливается весь трудовой процесс, иногда даже производственный.

  В последнее время компьютеры и их возможности позволяют нам создавать более комфортные условия жизни — умный дом, к примеру, а также упрощать производственные процессы, сокращать трудозатраты и многое другое. Можно смело сказать, что наличие компьютеров в нашей жизни — это уже преимущество.

   Многие пользователи считают, что если они умеют работать в тех или иных программах, то есть, знакомы с информационными технологиями то  этого вполне достаточно. Хочу не согласиться с этим! Считаю, что необходимо также понимать принцип построения компьютера, принцип работы с данными и обмена информацией между устройствами, умение подключать различные устройства компьютера.

Знать состав  центральной части  компьютера – системного  блока, уметь произвести замену простейшего компонента системного блока, например блока питания, дисковода, самому комплектовать нужную конфигурацию компьютера, производить при необходимости её модернизацию, уметь определить причину неисправности ПК.

Нам интересна аппаратная часть компьютера, и мы решили разобраться в этом вопросе подробней.  

Цель нашей исследовательской работы: изучить архитектуру персонального компьютера,  магистрально-модульный принцип построения ПК, исследовать центральную  частью компьютера —  системный блок и его основные комплектующие: материнскую плату, микропроцессор, внутреннею  память.

Задачи:

1. Подобрать  и изучить  литературу, Интернет ресурсы по выбранной теме.

2. Изучить основные принципы организации компьютера.

3. Исследовать центральную  часть компьютера — системный блок.

  1. 4. Изучить основные компоненты системного блока:
  2.      — материнскую плату
  3.      — микропроцессор
  4.      — внутреннюю память

5. Практически научиться разбирать и собирать системный блок, производить замену комплектующих, например блока питания, дисковода, винчестера.

Практическая значимость: эта  работа, безусловно, поможет нам глубже изучить  состав  центральной части  компьютера – системного  блока, уметь произвести замену простейшего компонента системного блока, например блока питания, дисковода, самому комплектовать нужную конфигурацию компьютера, производить при необходимости её модернизацию, уметь определить причину неисправности ПК. Уметь определить и подобрать оптимальный вариант  компьютера для конкретной работы.

Основная часть

Глава 1. Архитектура персонального компьютера

1.1. Минимальная конфигурация

     Компьютер – это электронное устройство, предназначенное для работы с информацией, а именно введение, обработку, хранение, вывод и передачу информации. Кроме того, ПК представляет собой единое двух сущностей – аппаратной и программной частей.

Персональный компьютер с технической точки зрения можно определить как единую систему, представляющую собой набор сменных компонентов, соединенных между собой стандартными интерфейсами.

Компонентом здесь выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы.

Интерфейсом называют стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве такового служат разъемы, наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы, стандартный программный код.

В компьютерной индустрии существует набор однотипных компонентов с разными функциональными возможностями (и, соответственно, с разной стоимостью), включаемых в систему по единому интерфейсу. Полное описание набора и характеристик устройств, составляющих данных компьютер, называется конфигурацией ПК.

Существует “минимальная” конфигурация ПК, т.е. минимальный набор устройств, без которых работа с ПК становится бессмысленной. Это: системный блок, монитор, клавиатура, мышь. А как же взаимодействуют все компоненты ПК?

1.2. Магистрально-модульный принцип построения компьютера

    В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между модулями.

     Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям), соединяющим все модули: шине данных, шине адресов и шине управления.

     Разрядность шины данных связана с разрядностью процессора (имеются 8-, 16-, 32-, 64-разрядные процессоры).     Данные по шине данных могут передаваться от процессора к какому-либо устройству, либо, наоборот, от устройства к процессору, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти, запись/чтение данных из внешней памяти, чтение данных с устройства ввода, пересылка данных на устройство вывода.Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для оперативной памяти код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам, т. е. шина адреса является однонаправленной.

 Разрядность шины адреса определяет объезд адресуемой процессором памяти.

Источник: https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2015/12/05/issledovatelskaya-rabota-arhitektura-i

Архитектура персонального компьютера

  • Классическая архитектура фон Неймана
  • Архитектура современных ПК
  • Многопроцессорная архитектура ПК
  • Многомашинная вычислительная система
  • Архитектура с параллельными процессорами

Архитектурой ПК (персонального компьютера) принято называть совокупность структуры, отражающей состав и обслуживающее ПО. Структурой называется комплекс функциональных систем ПК и их связующих элементов.

Особенности архитектуры являются определяющими факторами при рассмотрении принципов действия ПК, программно-информационных связей и последовательности соединения всех узлов логики компьютера.

К узлам логики относят: ОЗУ (оперативная память), ЦП (центральный процессор), внешнее устройство памяти (жесткий диск), графический модуль (видеокарта), периферийные модули.

Основным, принципиальным элементом архитектуры любого ПК, являются блоки программного управления.

Классическая архитектура фон Неймана

Группа ученых, в составе которой были американцы Г.Голдштейн, Дж. фон Нейман и А. Беркс, в 1946 году провели колоссальную работу по разработке новых принципов и архитектуры ЭВМ.

Работа математиков легла в основу при создании компьютеров первого и второго поколений.

Принципы фон Неймана были сохранены, хоть и существенно видоизменились, во время работ по созданию машин следующих поколений.

  1. Основные принципы фон Неймана:
  2. Интеграция методов двоичного счисления позволила упростить работу устройств и сделать ее выполнение гораздо быстрее, чем это было при использовании десятичной системы.
  3. Программное управление ПК

Функционал ПК зависит от исправной работы программного обеспечения. Программа, управляющая компьютерной системой представляет собой набор последовательно исполняющихся команд.

Проблема низких показателей быстродействия, актуальная для ранних ПК, была решена интеграцией модуля памяти, применяемого для записи программных данных. Кодированные в двоичной системе данные и командные коды, расположены в пронумерованных адресных блоках.

Возможность быстрого доступа к адресной ячейки сделало возможной работу в переменных программных средах.

Условный переход при исполнении программы

По умолчанию программные компоненты имеют последовательную модель исполнения, но существует возможность реализации перехода к любому месту кода. Главным преимуществом подобного механизма стало превращение программного продукта из постоянной величины в изменяемую, аппаратная же часть осталась статичной и достаточно простой.

Фон Нейман предложил собственную структура персонального компьютера (рис. 1).

Рис. 1.

Структура ПК

В состав ПК предложенного математиком входили:

  • Устройство памяти или ЗУ;
  • Устройство исполнения арифметико-логических задач или АЛУ;
  • Управляющее устройство (УУ) задействованное в работе по координации работы узловых элементов ПК;
  • Периферийные устройства ввода/вывода.

В данной модели ПК любой тип данных вводится в устройство запоминания опосредованно через АЛУ посредствам устройств ввода/вывода. Программные команды фиксируются последовательно в блоках памяти, тогда как обрабатываемые данные записываются в блоках произвольно.

Простейшая команда содержала в себе информацию об операции требующей выполнения и адресов памяти, хранящей данные требуемые для выполнения данной операции. Кроме этого в команде прописывались адреса блоков памяти доступных для сохранения результата выполнения команды.

Арифметико-логическое устройство выводило обработанные данные в устройство запоминания или в выводное устройство.

Существенным отличием систем подобного рода является форма данных удобная для сохранения и обработки, а также для восприятия человека при передачи на устройство вывода (печатающее устройство или монитор).

Устройство управление одного компьютера способно взаимодействовать с аналогичным компонентом другого ПК, получая и передавая информацию. Адрес первой команды ПК записывается в регистре УУ, регистрируясь счетчиком.

После записи устройство управления осуществляет считывание памяти и перемещает содержимое заданной ячейки в командный регистр. Следующей операцией является определение командной операции и «выставление отметки» о ней в ячейке памяти, также регистрируются адреса и командные данные.

В ходе текущих операций происходит контроль выполняемой команды.

Выполнение операции осуществляется аппаратная оснастка компьютера или АЛУ. По завершению выполнения команд значение счетчика увеличивается на единицу, что является сигналом для запуска следующей команды. При необходимости запуска команд без стандартной очередности, запускается команда переадресации, содержащая целевой адрес ячейки запуска управляющей команды.

Архитектура современных ПК

Современные компьютеры имеют магистрально-модульный тип архитектуры, то есть состоят из относительно самостоятельных компонентов, связанных между собой через ЦП.

Принцип модульности позволяет осуществлять произвольную комплектацию ПК устанавливая совместимые компоненты. Кроме этого современные ПК имеют возможность модернизации и улучшения.

В данной системе функционирует магистральный тип обмена информацией. Для обеспечения взаимосвязи компонентов ПК используется магистральная шина, располагаемая на материнской плате в виде печатной платы.

Преимуществом подобного вида ПК является возможность добавления или замены комплектующих.

Благодаря принципиальным переменам в архитектуре ПК произошло значительное повышение скорости обработки и обмена информации.

Считываемая информация хранится в системной памяти, что позволяет работать напрямую с ЦП и значительно ускоряет работу ПК в целом.

Максимум быстродействия ограничен скоростью обработки данных самой магистрали, чем выше данный показатель, тем выше скорость работы ПК в целом.

Для решения вопроса предпринято следующее:

  • Системная память напрямую (без буферов) подключается к шине, вместо магистрали, что избавляет ПК от проблем со скоростью обмена данных. Данное решение актуализировалось максимально с выходом высокопроизводительных ПК. Новшества привели к существенным изменением архитектуры и замене одношинных ПК трехшинными.
  • Рис. 2.

  • Логическое и управленческое устройство ПК нового поколения, являются компонентами центрального процессора, формируя его как единицу. В сущности, микропроцессор — это совокупность интегральных схем.

Многопроцессорная архитектура ПК

Существуют компьютеры с несколькими процессорами, работающими параллельно. Такие ПК называются многопроцессорными и используются при необходимости обработать очень большой объем информации за максимально короткое время.

Рис. 3.

Многомашинная вычислительная система

В отличие от многопроцессорных ПК, имеющих единый канал оперативной памяти, в многомашинных ПК, каждому процессору доступен свой блок ОЗУ.

Эффективность подобных систем проявляется при выполнении сложных задач, требующих работы специальной структуры с тем количеством ПК, сколько подзадач необходимо выполнить.

Комплексы с несколькими процессорами или многомашинные системы значительно отличаются от «обычных» ПК по показателю быстродействия.

Архитектура с параллельными процессорами

Подобная система работает под управлением одного УУ, взаимодействующего с несколькими АЛУ. Подобный принцип позволяет обрабатывать большой объем информации в одном потоке. Актуален данный принцип только при выполнении однотипных задач с различным набором данных.

Рис. 4.

В настоящее время встречаются более сложные архитектурные решения, а также вариации ПК, в которых применяется несколько классических архитектурных принципов.

Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/arhitektura-personalnogo-kompyutera/

Ссылка на основную публикацию