Принципы построения пк — в помощь студенту

  • Лекция 2      Основы компьютерной техники
  • 2.1    Общая характеристика компьютерной техники
  • 2.2   Принцип  программного  управления
  • 2.3   Основные характеристики компьютеров
  • 2.1    Общая характеристика компьютерной техники
  • Компьютерная техника — это совокупность средств для автоматизации про­цессов обработки информации, а также отрасль техники, которая занимается раз­работкой, изготовлением и эксплуатацией компьютеров.

Комплекс электронного оборудования, которое предназначено для автоматиза­ции процессов обработки дискретной информации и имеет общее управление, на­зывают цифровой электронной вычислительной машиной (ЭВМ). В наше время диапазон использования ЭВМ существенно расширился: называют более 20 тыс.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

областей их применения — от научно-инженерных задач до искусственного интел­лекта, математического моделирования, робототехники. Поэтому вместо термина ЭВМ используют его современный синоним — компьютер.

Основные принципы построения компьютеров изложили в 1946 г. американские математики Дж. фон Нейман, К. Гблдстайн» и А. Беркс. Совокупность этих принципов породила классическую неймановскую архитектуру, которая остается актуальной и сегодня.

  1. В общем неймановская архитектура обладает следующими основными признаками:
  2. •  наличие одного вычислителя, имеющего процессор, память, средства вво­да-вывода информации, а также средства управления;
  3. •  применение двоичной системы счисления, как для представления информа­ции, так и для выполнения арифметико-логических операций;
  4. •  размещение в единой общей памяти команд и чисел фиксированной длины;
  5. •  линейную структуру адресации ячеек памяти, что требует наличия в про­цессоре счетчика команд;
  6. •  централизованное последовательное автоматическое считывание команд из памяти и интерпретацию их процессором; данные обрабатываются па­раллельно — одновременно над всеми разрядами машинного слова;
  7. •  низкий уровень машинного языка.

Первый компьютер EDSAC с хранимой программой в памяти на 512 ртутных линиях задержки был построен М. Уилксом (Англия) в 1949 г. Машина выполняла 15тыс. сложений и 120 умножений за одну секунду. В 1950 г. под управлением Дж. фон Неймана был создан первый полностью электронный компьютер классиче­ской архитектуры EDVAC, который положил начало машинам первого поколения.

В 1948-1950 гг. в Институте электротехники в Киеве была создана малая элек­тронная счетная машина «МЭСМ». Ее разработкой руководил выдающийся ученый и конструктор многих компьютеров академик С. А. Лебедев.

В машине «МЭСМ» были использованы (независимо от Неймана) основные принципы классической архитек­туры. Компьютер содержал 3500 ламп, 2500 диодов, занимал площадь 60 м2, по­треблял мощность 25 кВт и выполнял 50 операций за одну секунду.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Учет формирования резервов под снижение стоимости материальных ценностей - в помощь студенту

Оценим за полчаса!

Компьютер классической архитектуры включает в себя (рис. 1):

Принципы построения ПК - в помощь студенту
Рис. 1  Структура компьютера     
  • • арифметико-логическое устройство (АЛУ);
  • • оперативную память (ОП);
  • • средства хранения и ввода-вывода ин­формации: внешние запоминающие устройства (ВЗУ); устройства ввода ин­формации (УВв); устройства вывода информации (УВыв); все эти устройства называют внешними или периферий­ными (ПУ);

• устройство управление (УУ). Вместе с АЛУ оно образует процессор. При нали­чии в машине нескольких процессоров

sвыделяют центральный (ЦП).

Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения ариф­метических и логических операций, предусмотренных системой команд данного компьютера. В состав АЛУ входят регистры и комбинационные схемы. Данные для обработки в АЛУ поступают из ОП и называются операндами. Результаты операций пересылается в ОП или временно сохраняются в регистрах АЛУ.

Устройство управления (УУ) считывает и дешифрирует в соответствующей последовательности команды, формирует и подает управляющие сигналы для дру­гих устройств компьютера.

Оперативная память предназначена для временного хранения программ и данных, в ней выполняются операции записи и считывания информации.

Кроме ОП, используют также постоянную память, в которой выполняются только операции счи­тывания. Оперативную (ОЗУ) и постоянную память (ПЗУ), а также регистры АЛУ на­зывают внутренней памятью (рис. 2).

Процессор и ОП вместе образуют ядро компьютера..

Принципы построения ПК - в помощь студенту

Рис. 2 Внутренняя память компьютера

Операции ввода-вывода -^ это обмен информацией между ядром машины и ПУ. Операция ввода передает информацию из ПУ в ядро компьютера, а операция вывода — наоборот.

Внешняя память предназначена для длительного и энергонезависимого хране­ния больших объемов информации. Физически ее реализуют в виде накопителей (рис. 3):

  1. •  йа гибких магнитных дисках (НГМД);
  2. •  на жестких магнитных дисках (НЖМД); они называются винчестерами;
  3. •  на оптических (лазерных) дисках (НОД);
  4. •  на магнитных лентах (НМЛ).
  5. Накопители на дисках имеют электромеханический привод (дисковод), кото­рый обеспечивает вращение диска, блок магнитных головок для считывания или за­писи, систему установки (позиционирования) магнитной головки в требуемое поло­жение и электронный блок управления.

Принципы построения ПК - в помощь студенту

  • Рис. 3   Внешняя память компьютера
  • Все виды внешней памяти обеспечивают обмен информацией с ядром компью­тера; однако ВЗУ выделяют в отдельный вид ПУ по следующим признакам:
  • •  внешняя память обеспечивает хранение больших массивов информации и быстродействующий обмен с ядром компьютера (более 30 тыс. байт/с);
  • •  информация в ВЗУ хранится в виде, недоступном для непосредственного восприятия человеком.

Устройства ввода и вывода информации (УВВ) рассматривают как единую функциональную часть компьютера. Различные по своим функциями, принципам построения и характеристикам УВВ и ВЗУ вместе образуют группу очень разнооб­разных внешних или периферийных устройств.

  1. К  устройствам ввода  информации относятся (рис. 4):
  2. • 
    Принципы построения ПК - в помощь студенту

    клавиатура, предназначенная для ввода программ и данных и управления работой машины;

  3. Рис.5 Устройства вывода информации
  4. •  сканеры, предназначенные для ввода графической информации;
  5. •  ручные манипуляторы — мышь, шариковый манипулятор и джойстик — предназначенные для быстрого перемещения курсора в заданную точку эк­рана дисплея и выполнения других действий;
  6. •  устройства речевого ввода, предназначенные для управления машиной с помощью речевых команд;
  7. •  устройства ввода с перфолент, перфокарт и др.            
  8. плазменные, люминесцентные), предназначенные для отображения ин­

формации, которая вводится с клавиатуры (для контроля правильности на­

  • К  устройствам вывода информации относят (рис. 5):
  • *принтеры (матричные, струйные/лазерные);
  • • дисплеи (на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ), на жидких кристаллах, плазменные, люминесцентные), предназначенные для отображения информации, которая вводится с клавиатуры (для контроля правильности набора данных) или из памяти машины; плоттеры (графопостроители), предназначенные для печати чертежей вы­сокого качества;
  • •  синтезаторы звука и языка, предназначенные для преобразования аналого­вых сигналов в цифровой код и наоборот;
  • •  устройства вывода информации на перфоленты и перфокарты.язь между функциональными частями машины осуществляют с помощью интерфейса — совокупности шин, сигналов, вспомогательных микросхем и алго­ритмов, предназначенных для обмена информацией между устройствами компью­тера-
Принципы построения ПК - в помощь студенту
  1. Выделяют три шины (рис. 6):
  2. •  адреса (ША), предназначенная для пе­редачи адреса ячеек ОП и регистров ПУ;
  3. •  данных (ШД), предназначенная для пе­редачи данных;
  4. •  управления (ШУ), предназначенная для передачи управляющих сигналов от про­цессора к устройствам и наоборот.
  5. Рис. 6   Структура процессора
  6. 2.2   Принцип  программного  управления

В компьютере реализуют принцип программного управления, суть которого следующая. Для решения каждой задачи разрабатывают алгоритм на основе число­вых методов вычислений.

Алгоритм переводится на язык, свойственный данной машине, в виде программы — языковой конструкции, которая является упорядо­ченной последовательностью описаний и команд, предназначенных для обработки информации.

Каждая команда определяет действия компьютера в отношении вы­полнения любой операции, реализующей аппаратные (технические) и программные средства. Программа записывается в ОП в виде машинных слов, которые кодируют­ся цифрами 0 и 1 и различаются только способом применения.

Код операции поступает в регистр команд IR (instructionregister) и затем дешифрируется, а данные — в регистры АЛУ (см. рис. 6.6).

Команды программы размещены в ОП линейна (одна за другой) и выполняются последовательно. Номер команды в ОП определяется программным счетчиком PC (programcounter).

Управляющий автомат (УА) вырабатывает множество управляю­щих сигналов, которые подаются на все устройства машины. Регистр команд, про­граммный счетчик и управляющий автомат входят в состав УУ. Последовательное управление обусловлено наличием одного процессора.

Команды условного и безус­ловного ветвления изменяют линейный порядок считывания и выполнения команд.

Множество всех операций, реализуемых в компьютере, составляет его опера­ционные ресурсы. Компьютеры, операционные ресурсы которых обеспечивают выполнение любого алгоритма обработки информации, называют универсальны­ми.

Для этого теоретически достаточно иметь в операционных ресурсах только че­тыре операции: пересылку слова между любыми ячейками ОП, прибавление едини­цы к слову (вычитание единицы из слова), условный переход по совпадению слов и безусловную остановку компьютера.

  •    В общем, в компьютерах используют список команд, который обеспечивает
  • выполнение следующих групп операций:
  • • пересылки данных между регистрами АЛУ, регистрами и ОП;
  • • арифметических операций над двоичными числами с фиксированной и пла­вающей запятой: сложение, вычитание, знаковое и беззнаковое умножение и деление;
  • I• логических операций отрицания, дизъюнкции/конъюнкции, сложения по мо­дулю два;
  • • установления соотношений — больше, меньше, неравно, больше-равно и др.;
  • • сдвига влево или вправо — арифметического, логического, циклического;
  • • управления программой: условными и безусловными переходами и вызо­вами процедур, безусловными и условными возвратами из процедур, пре­рыванием программ; некоторые компьютеры имеют специальные команды для организации циклов;
  • • ввода-вывода данных между ядром машины и ПУ;
  • • специальных операций для машин с сопроцессорами (математическими расширителями): вычислений квадратного корня, синуса, косинуса, логарифмические и др.;
  • •  преобразования из одного формата в другой (например, из восьмибитного в 16-битный);
  • •  системных операций — загрузки служебных регистров, защиты памяти;
  • •  мультимедийных операций для выполнение действий со звуком, графикой, изображением.

С ростом производительности процессора увеличивается и количество команд. Компьютеры, в зависимости от их сложности и назначения, работают в сле­дующих режимах (рис. 7):

Принципы построения ПК - в помощь студенту

  1. Рис. 7    Режимы работы компьютеров
  2. •  однопрограммном — каждая программа отдельно загружается в ОП и вы­полняется до получения результата;
  3. •  многопрограммном — в память загружается несколько программ; когда вы­полнение одной из программ останавливается из-за необходимости обра­титься к ПУ, то машина переключается на выполнение другой программы;
  4. •  пакетном — в ВЗУ формируется пакет задач, которые затем считываются в ОП группами и выполняются в многопрограммном режиме;
  5. •  распределения времени (коллективного пользования) -г- доступ к компью­теру пользователей с помощью собственного терминала;
  6. •  реального времени — обеспечивается взаимодействие компьютера с внеш­ними объектами в темпе, который требует быстродействие объекта.
  7. 2.3   Основные характеристики компьютеров

Важной характеристикой компьютера является производительность — объек­тивная количественная мера работы машины. Используют .следующие меры произ­водительности: пиковую, номинальную, системную и эксплуатационную (рис. 8).

Пиковая производительность — среднее число коротких операций типа «ре­гистр-регистр» в секунду (оп./с) без операций обмена с ОП. За границей пиковую производительность оценивают для команд типа «Нет операции» в миллионах опе­раций в секунду (млн. оп./с) или в MIPS (Million Instruction per Second). Пиковую мощ­ность часто называют быстродействием компьютера.

  • Номинальная производительность — среднее число смеси команд с уче­том их статистического веса (частоты повторения), которые выполняет ядро компь­ютера в выбранном классе задач (зависит от скорости ОП):
  • Принципы построения ПК - в помощь студенту
  •              Рис. 8   Основные характеристики компьютеров

Номинальную производительность часто называют «быстродействием компью­тера на смеси команд». Производительность мощных машин часто измеряют в мегафлопсах (MFLOPS) — в миллионах операций в секунду над операндами с пла­вающей запятой.

Системную производительность измеряют с помощью типовых оценочных программ (бенчмарков), реализованных на языках высокого уровня. Результаты оценки системной производительности компьютера конкретной архитектуры пред­ставлены в числовых таблицах.

Эксплуатационную производительность оценивают данными о реальной рабочей нагрузке в основных областях применения; при этом учитывают необходи­мую площадь размещения машины, механические и климатические условия экс­плуатации, потребляемую мощность и т. д.

  1. К характеристикам компьютеров также относят:
  2. •  разрядность машинного слова, которое хранится, пересылается и обраба­тывается как единое целое; измеряется в битах, байтах;
  3. •  объем оперативной памяти в битах, байтах/килобайтах, мегабайтах/гига­байтах;

•  надежность, которая характеризует среднюю наработку на отказ — не ме­нее 15 тыс. час; время восстановления работоспособности, срок службы (не менее 10 лет).

  • Контрольные вопросы
  • 1                 Дать определение компьютерной техники.
  • 2         Описать признаки неймановской архитектуры.
  • 3         Описать структуру компьютера.
  • 4         Описать внутреннюю память компьютера.
  • 5         Описать внешнюю память компьютера.
  • 6         Описать устройства ввода информации.
  • 7         Описать устройства вывода информации.
  • 8         Описать структуру процессора.
  • 9         Описать принцип программного управления.
  • 10    Перечислить основные группы операций компьютера.
  • 11    Описать режимы работы компьютера.
  • 12    Описать основные характеристики компьютеров

Источник: https://studizba.com/lectures/10-informatika-i-programmirovanie/279-arhitektura-kompyuterov/3549-2-osnovy-kompyuternoy-tehniki.html

Основные принципы построения современных компьютерных систем

Орлов Е. В. Основные принципы построения современных компьютерных систем [Текст] // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы II Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, апрель 2014 г.). — СПб.: Заневская площадь, 2014. — С. 10-12. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/89/5447/ (дата обращения: 19.03.2020).

Компьютерная система включает в себя вычислительные машины, программное обеспечение и периферийные устройства, выполняющие обработку данных.

Стоит упомянуть о различиях понятий «вычислительная машина» и «компьютерная система». Понятие вычислительная машина значительно уже и включает в себя технические средства, достаточные для проведения обработки данных и получения результатов в определенной форме. В состав вычислительной машины входит системное программное обеспечение.

Архитектура компьютерных систем предназначена для решения обширного круга задач, направленных на создание комплекса аппаратных и программных средств. Предназначение архитектуры определять основные правила для обеспечения взаимодействия элементов компьютерной системы.

Безусловно, в основе современной архитектуры компьютерных систем лежат все те же основные принципы принстонской архитектуры: программного управления, однородности памяти и произвольного доступа к памяти, хотя реальная структура значительно сложнее. Можно утверждать, что в последнее время для обеспечения потребности пользователей и разработчиков в повышении качества и производительности систем в целом происходит отстранение от архитектуры фон-Неймана.

  • Выделим факторы, влияющие на современную архитектуру компьютерной системы
  • —                   набор команд, воспринимаемых компьютером;
  • —                   быстродействие центрального процессора;
  • —                   количество периферийных устройств подключаемых к вычислительной машине одновременно;
  • —                   количество входящих в систему компьютеров и обеспечение быстродействия совместной работы.

Стремление разработчиков учесть эти и другие факторы позволяет усовершенствовать архитектуру компьютерных систем. Рассмотрим некоторых современные принципы построения архитектуры.

Принцип открытой архитектуры. Данный принцип изначально был внедрен в миниЭВМ третьего поколения американской фирмы DEC еще в 70-х годах. Впоследствии он получил широкое распространение в компьютерах фирмы IBM тем самым обеспечив успех компьютеров IBM PC. Принцип заключается в возможности подключения устройств и программ различных производителей в одной системе.

Принцип многопроцессорной архитектуры. Основан на совместной работе нескольких процессоров одновременно, что значительно увеличивает производительность компьютера. Количество процессоров используемых в системе зависит от мощности вычислительных машин, а так же решаемых ими задач и может варьироваться от двух-четырех до нескольких десятков.

Изначально данный принцип применялся в основном в научной среде для решения инженерных расчетов, систем автоматического проектирования, решения задач в глобальном масштабе и режиме реального времени атомной энергетики, метеорологии, структурной биологии, генетики, распознавания речи и изображений и других областях, и использовался лишь на суперкомпьютерах.

В настоящее время из-за существенного роста бизнеса, необходимости использования корпоративных систем и совместной работы, обработки большого объема информациии необходимостью отсутствия сбоев и простоя в работе, данный принцип архитектуры стал применяться и в таких сферах как обработка транзакций в режиме реального времени, создание хранилищ данных для организации систем поддержки принятия решений.

К типам многопроцессорных систем относятся системы высокой надежности, системы для высокопроизводительных вычислений и многопоточные системы.

Принято выделять несколько архитектур многопроцессорных систем.

—                   SMP (Symmetric Multi-Processing) — симметричная многопроцессорная обработка, где два или более одинаковых процессора подключены к одной общей оперативной памяти, имеют полный доступ ко всем устройствам ввода / вывода, и управляются с помощью одного экземпляра ОС, в котором все процессоры имеют равные права. Наиболее распространенные многопроцессорные системы сегодня используют именно эту архитектуру.

—                   MPP (Massively Parallel Processing) — использует множество отдельных процессоров которые параллельно выполняют одну программу.

MPP похожа на SMP, основное отличие в том, что в системах SMP все процессоры имеют равноправный доступ к памяти, тогда как в MPP, каждый процессор имеет доступ к определенным разделам памяти, причем в рамках этих разделов могут работать различные операционные системы.

MPP системы называют системами массовой параллельной обработки. Они используются в научной сфере, и в крупном бизнесе.

—                   NUMA (Non-Uniform Memory Access) — время доступа к памяти зависит от объема памяти самого процессора. Процессор получает доступ к своей локальной памяти быстрее, т. к. имеет к ней прямой доступ, минуя системную шину, другие же процессоры обращаются к ней через шину.

Архитектура NUMA называется неоднородной, потому что доступ к памяти быстрее, когда процессор обращается к своей собственной памяти, чем когда он заимствует информацию из памяти другого процессора. NUMA компьютеры обладают масштабируемостью из MPP и простотой программирования SMP.

Принципы доступа к памяти данной архитектуры встречаются в различных Unix-подобных операционных системах.

Принцип многоуровневой памяти. Память компьютерных систем, как и любой вычислительной машины находится в постоянном внимании со стороны пользователей и разработчиков, так как скорость работы компьютера напрямую связанна с быстродействием оперативной памяти.

Неприемлемость с экономической точки зрения быстродействующей энергозависимой памяти привело к созданию этого принципа. Принцип состоит в организации работы памяти по определенным уровням.

Для оперативной памяти основная часть имеет большую емкость состоит из мелких и достаточно дешёвых элементов, а дополнительная память или кэш-память состоит из меньших по емкости быстродействующих элементов.

Данные постоянно необходимые для обращения процессора хранятся в быстродействующей кэш-памяти, а оперативная информация достаточно больших объемов в основной памяти.

Принцип прямого доступа к памяти (DMA — Direct Memory Access) позволяет некоторым аппаратным подсистемам получить доступ к памяти, без участия центрального процессора.

Предназначен в основном для устройств, обменивающихся большими блоками данных с оперативной памятью, обмена данными между внешним устройством.

Инициатором обмена всегда выступает внешнее устройство, процессор инициализирует контроллер DMA, и далее обмен выполняется под управлением контроллера, процессор в это время может продолжать работу. DMA также могут быть использованы для копирования или перемещения данных в самой памяти.

Принцип коллективной работы.

Данный принцип позволяет правильно и четко сформировать работу коллективов направленную на совместную деятельность посредством компьютерной системы, а именно дает возможность осуществлять совместные действия с целью достижения поставленных задач, например подготавливать отчеты по реализации проектов, разрабатывать программные продукты, принимать решения и многое другое связанное с одновременной работай коллектива. Реализация принципа коллективной работы стало предпосылкой появление такого рода деятельности как удаленная работа или дистанционная трудовая деятельность.

В заключении стоит упомянуть еще два принципа, которые начали внедряться в архитектуру современных компьютерных систем в последние годы, применяемые частично в суперкомпьютерах, а возможно и представляющие им конкуренцию.

Принцип облачных решений.

Определенный подход к размещению, предоставлению и потреблению приложений и компьютерных ресурсов, прикотором приложения и ресурсы становятся доступны через Интернет в виде сервисов, потребляемых на различных платформах и устройствах. Особенности: мгновенная готовность к работе, неограниченная емкость ресурсов, большой выбор ПО, виртуализация, высокая способность к масштабированию.

Принцип ориентированности на данные или компьютерные системы DIC (Data-Intensive Computing). DIC является классом параллельных вычислений приложений, использующих данные параллельного подхода к обработке больших объемов данных. Общая схема работы DIC разделяется на три фазы: сбор данных, извлечение информации из них и перевод информации в форму, удобную для восприятия человеком.

Текущая ситуация развития архитектуры компьютерных систем далеко ушла от изначальной, предложенной Фон-Нейманом, и на первый план выходят представленные принципы. Безусловно, некоторые из описанных принципов проходят лишь начальные стадии внедрения и апробации в работе, а какие-то, получив новое название, продолжают свое существование.

Итак, современная компьютерная система представляет собой компьютеры со множеством параллельно работающих процессоров, с многоуровневой памятью, предусматривающей прямой доступ к многочисленным подключаемым устройствам, работа которых позволяет принимать решения, обрабатывать большие объемы данных, строить базы знаний, грамотно строить совместную, в том числе и удаленную, работу группы людей.

Литература:

1.         Орлов С. А., Цилькер Б. Я. Организация ЭВМ и систем. — СПб.: Питер, 2011. — 688 с.

2.         Архитектуры и топологии многопроцессорных вычислительных систем. / А. В. Богданов, В. В. Корхов, В. В. Мареев, Е. Н. Станкова / — М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет-Университет Информационных Технологий», 2004. — 176 с.

3.         Черняк Л. Суперкомпьютеры, смена эпох. — Computerworld Россия. — 2013. — N25

4.         Мешалкин В. Многопроцессорные системы. –http://proitclub.ru/2009/06/22/

5.         Построение систем сбора и обработки информации. Электронное справочное пособие. Сост. В. Г. Тышкевич, Н. С. Винник — http://dozen.mephi.ru:8100/study/pc/index.htm

6.         Современные облачные технологии — http://jeck.ru/labs/deep/index.html

Основные термины (генерируются автоматически): MPP, SMP, система, принцип, DIC, NUMA, DMA, процессор, компьютерная система, вычислительная машина.

Источник: https://moluch.ru/conf/tech/archive/89/5447/

Принципы организации и работы ПК (стр. 1 из 5)

  • ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ И РАБОТЫ ПК
  • СОДЕРЖАНИЕ
  • Введение
  • Задание 1
  • 1. Принципы организации и работы персонального компьютера
  • 1.1 Внутренние устройство персонального компьютера
  • 1.2 Внешние устройства персонального компьютера
  • 1.3 Классификация и характеристики ЭВМ
  • 2. Архитектура персонального компьютера
  • 2.1 Принципы построения ПК
  • 2.2 Основы учения и структуры первых поколений ЭВМ
  • 3. Устройство центрального процессора
  • 3.1 Функции центрального процессора
  • 3.2 Операционные устройства управления
  • Заключение
  • Задание 2
  • Задание 3
  • Задание 4
  • Список используемой литературы
  • ВВЕДЕНИЕ

Во второй половине XX века человечество вступило в новый этап своего развития. В этот период начался переход от индустриального общества к информационному.

Процесс, обеспечивающий этот переход, получил название информатизации.

ИНФОРМАТИЗАЦИЯ это процесс создания, развития и всеобщего применения информационных средств и технологий, обеспечивающих достижение и Поддержание уровня информированности всех членов общества, необходимого и достаточного для кардинального улучшения качества труда и условий жизни в обществе. При этом информация становится важнейшим стратегическим ресурсом общества и занимает ключевое место в экономике, образовании и культуре.

Неизбежность информатизации общества обусловлена резким возрастанием роли и значения информации. Информационное общество характеризуется высокоразвитой информационной сферой, которая включает деятельность человека по созданию, переработке, хранению, передаче и накоплению информации.

  1. Научным фундаментом процесса информатизации общества являетсяновая научная дисциплина — информатика.
  2. В этой работе будут рассмотрены следующие вопросы: принципы организации и работы персонального компьютера, архитектура персонального компьютера, устройство центрального процессора.
  3. 1. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ И РАБОТЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
  4. В состав ПК входят следующие основные устройства:
  5. · системный блок;
  6. · монитор;
  7. · клавиатура;
  8. · мышь.
  9. Кроме того, к ПК можно подключить дополнительные устройства, называемые периферийными (внешними), которые можно разбить на несколько групп.
  10. Устройства ввода: сканер, цифровая фотокамера, графический планшет.
  11. Устройства вывода: принтер, графопостроитель.
  12. Устройства управления: трекбол, контактная панель, джойстик.
  13. Устройства, выполняющие одновременно функции ввода и вывода информации в/из ПК: модем, звуковая приставка, сетевая плата.
  14. Рассмотрим назначение и состав названных компонентов Персонального Компьютера, и в первую очередь системного блока.
  15. На передней (или фронтальной) стороне системного блока есть две кнопки:

· Кнопка Power. Именно её нажимают, включая компьютер и выключая его после завершения работы.

· Кнопка Reset предназначена для перезапуска (перезагрузки) компьютера

Дисководы. Помимо этого, на передней панели обязательно находятся несколько устройств, работающих со сменными носителями информации, — дисководов.

Главный, больший дисковод предназначен для чтения компакт – дисков различных форматов – CD – ROM, DVD или Blu-Ray.

В старых системных блоках можно обнаружить небольшой дисковод для работы с магнитными дискетами объемом 1,44 Мб, но сегодня это большая редкость.

Разъёмы.

На переднюю панель большинства современных системных блоков вынесено несколько разъёмов для подключения внешних устройств. Как правило, панель с разъёмами располагается в нижней части системного блока.

Здесь можно найти один-два универсальных разъёма USB, квадратное гнездо скоростного порта FireWire, а также круглое гнездо для подключения наушников. При взгляде на системный блок сзади легко запутаться в многочисленных гнёздах и разъёмах предназначенных для подключения внешних устройств.

Маленькие круглые разъёмы предназначены для подключения микрофона, наушников и колонок. Порты PS/2 предназначены для подключения клавиатуры и мыши. IEEE 1394 (FireWire).

Этот скоростной порт предназначен для подключения внешних устройств, обладающих высокой скоростью передачи данных, например цифровых видеокамер или внешних накопителей. Разъём LAN предназначен для подключения к локальной сети.

1.1 Внутреннее устройство персонального компьютера

Процессор.

Одним из основных устройств современного персонального компьютера является процессор. Который, на первый взгляд, просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако этот кристалл содержит в себе множество отдельных элементов – транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать».

В настоящее время существуют много фирм по производству процессоров для персональных компьютеров. Это Intel, AMD, Cyrix, VIA, Centaur/IDT, NexGen, и многие другие. Однако наиболее популярными являются Intel и AMD.

Развитие процессоров этих ведущих фирм мы и постараемся рассмотреть.

Однако прежде чем углубляться в историю производства процессоров необходимо дать характеристику некоторым техническим терминам характеризующих процессор.

Тактовая частота – это скорость работы процессора, а именно количество операций выполненных на протяжении 1 секунды.

Основные функциональные компоненты процессора

Ядро: Сердце современного процессора — исполняющий модуль. Pentium имеет два параллельных целочисленных потока, позволяющих читать, интерпретировать, выполнять и отправлять две инструкции одновременно.

Предсказатель ветвлений: Модуль предсказания ветвлений пытается угадать, какая последовательность будет выполняться каждый раз когда программа содержит условный переход, так чтобы устройства предварительной выборки и декодирования получали бы инструкции готовыми предварительно.

Блок плавающей точки. Третий выполняющий модуль внутри Pentium, выполняющий нецелочисленные вычисления Первичный кэш: Pentium имеет два внутричиповых кэша по 8kb, по одному для данных и инструкций, которые намного быстрее большего внешнего вторичного кэша.

Шинный интерфейс: принимает смесь кода и данных в CPU, разделяет их до готовности к использованию, и вновь соединяет, отправляя наружу.

  • Таблица 1
  • Сравнительные характеристики видеоплат.
  • Кулер.

Говоря о процессоре никак нельзя забыть ещё, одну деталь, без которой современный процессор не сможет работать. Речь идёт о кулере – специальном вентиляторе-охладителе, который устанавливается поверх кристалла процессора.

  1. Системная плата.
  2. Системная плата весьма сложная система, от каждой части которой зависит быстродействие и стабильность работы компьютера.
  3. Логические группы устройств, из которых состоит системная плата:
  4. · Набор разъёмов и портов для подключения отдельных устройств.
  5. · Шина – информационная магистраль, связывающая их воедино.
  6. Именно по шине передаются сигналы между всеми видами компьютерной «начинки» и именно через посредство шины доставляется информация к процессору.

· Базовый набор микросхем «чипсет», с помощью которого материнская плата и осуществляет контроль над всеми происходящими внутри системного блока. Именно от чипсета зависит, какой тип процессоров и памяти будет поддерживать системная плата.

  • · Небольшая микросхема BIOS.
  • · Встроенные (или интегрированные) дополнительные устройства.
  • Оперативная память

Отличие оперативной памяти от постоянной, дисковой – в том, что информация хранится в ней не постоянно, а временно. Более того заряд в ячейках оперативной памяти исчезает без следа за миллисекунды и при включенном компьютере – а для того чтобы нужные данные не исчезали раньше времени, компьютер вынужден их постоянно обновлять.

Доступ к оперативной памяти осуществляется намного быстрее, чем к дисковой: время доступа самого современного жесткого диска (винчестера) составляет 8 – 10 миллисекунд (мс). А современная оперативная память обладает временем доступа 3 – 7 наносекунд (нс).

Оперативная память используется в самых разных устройствах ПК – от видеоплаты до лазерного принтера.

Видеоплата

Создание объёмного, реалистичного изображения – задача непростая. Фактически, видеоплате приходится выполнять несколько сложных операций.

Несколько лет назад в платы были встроены шейдеры, которые позволят сделать трехмерные модели более живыми, правдоподобными. Например, благодаря пиксельным шейдерам видеплата может управлять эффектами освещения (туман, пламя и т.д.).

Задача любой видеокарты – показать любой игровой объект с любой точки зрения: сверху, сбоку, и иногда снизу.

Большинство видеокарт сегодня оснащены специальным TV – выходом (аналоговым SVGA или цифровым HDMI) – для того, чтобы можно было с помощью специального кабеля вывести картинку с компьютера на экран телевизора.

Источник: https://mirznanii.com/a/309349/printsipy-organizatsii-i-raboty-pk

Принципы построения и функционирования ПК

Во второй половине XX века человечество вступило в новый этап своего развития. В этот период начался переход от индустриального общества к информационному. Процесс, обеспечивающий этот переход, получил название информатизации.

Информатизация — это процесс создания, развития и всеобщего применения информационных средств и технологий, обеспечивающих достижение и Поддержание уровня информированности всех членов общества, необходимого и достаточного для кардинального улучшения качества труда и условий жизни в обществе.

При этом информация становится важнейшим стратегическим ресурсом общества и занимает ключевое место в экономике, образовании и культуре. Неизбежность информатизации общества обусловлена резким возрастанием роли и значения информации.

Информационное общество характеризуется высокоразвитой информационной сферой, которая включает деятельность человека по созданию, переработке, хранению, передаче и накоплению информации.

Общие принципы работы электронных вычислительных машин сформулированы учеными Ч.Бэббиджем и Дж. фон Нейманом. Согласно этим принципам, любую ЭВМ образуют три главных компонента.

Информация, с которой работает ЭВМ, всегда представлена в двоичном коде и делится на два принципиально разных типа (идея Ч.Бэббиджа): 1) набор команд по обработке (программа); 2) данные, обрабатываемые программой. Руководит обработкой процессор (от англ.

process— обрабатывать), который, в свою очередь, состоит из двух блоков: устройства управления и арифметико-логического устройства. Команды и данные вводятся в оперативную память машины — электронное устройство с очень коротким временем доступа.

Согласно принципу фон Неймана, адресное пространство памяти является линейным (последовательным) и машинные команды неотличимы от данных. Устройство управления процессора выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство проводит арифметические и логические операции над данными.

С процессором и ОЗУ связаны внешние устройства: клавиатура, дисплей, магнитные диски, принтеры и т.д. Именно эти устройства обеспечивают ввод, вывод и долговременное хранение информации. Нейман завершил разработку общих принципов ЭВМ, начатую в XIX в. Ч.Бэббиджем.

В основу современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет комплектовать нужную конфигурацию и производить необходимую модернизацию.

Модульный принцип опирается на шинный принцип обмена информацией между модулями Системная шина или магистраль компьютера включает в себя несколько шин различного назначения.

Магистраль включает в себя три много разрядные шины:

  • -шину данных,
  • -шину адреса,
  • -шину управления.

Шина данных используется для передачи различных данных между устройствами компьютера. Особый тип данных — команды процессора, которые также передаются по шине данных.

Основная характеристика шины — количество разрядов, скорость передачи по 64- разрядной шине будет в два раза выше чем по 32- разрядной шине.

Передача по шине данных может осуществляться в разных направлениях, например, от процессора к памяти и от памяти к процессору.

Шина адреса применяется для адресации пересылаемых данных, то есть для определения их местоположения в памяти или в устройствах ввода/вывода.

При получении (чтении) данных процессор устанавливает на шине адреса тот номер ячейки памяти, где хранятся требуемые данные, а при необходимости сохранить данные — номер той ячейки, где данные будут храниться.

Количество всех возможных адресов определяется как 2n, где n- количество разрядов шины адреса. Например, 32-разрядная шина адреса позволяет адресовать 232 или 4 294 967 296 ячеек памяти.

Шина управления включает в себя управляющие сигналы, которые служат для временного согласования работы различных устройств компьютера, для определения направления передачи данных, для определения форматов передаваемых данных и т.д Одним словом, это служебная информация.

Помимо этих трех шин существует также шина питания , по которой к устройствам компьютера подаются питающие напряжения (обычно это +5В, +12В,-5В, и -12В), а также общие провода («земля») с нулевым потенциалом.

Организация базовых технических средств ПЭВМ в целом определяется основными структурными компонентами (блоками): процессором, подсистемой памяти, системным интерфейсом или шиной и его расширением, подсистемой внешней памяти, видеоподсистемой, подсистемой контроллеров базовых периферийных устройств.

Все устройства входящие в состав компьютера, обмениваются информацией в виде электрических сигналов по шинам. Шина представляет собой группу электрических проводов, к которым с помощью разъемов могут параллельно подключаться самые различные устройства.

При этом устройства совершенно безболезненно можно менять местами, заменять другими, устанавливать новые устройства, работа шины от этого не нарушается.

Однако, непосредственно к магистрали можно подключить лишь процессор и оперативную память, Остальные устройства подключаются с помощью специальных согласующих устройств — контроллеров (контроллер дисководов, видеоконтроллер и т.д.)

Принцип работы ЭВМ рассматривается на примере персонального компьютера.

Основу ПК составляет системный блок, в котором размещены: микропроцессор (МП), блок оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), долговременной памяти на жёстком магнитном диске (Винчестер), устройства для запуска компакт-дисков (CD) и дискет (НГМД). Там же находятся платы: сетевая, видеопамяти, обработки звука, модем (модулятор-демодулятор), интерфейсные платы, обслуживающие устройства ввода-вывода: клавиатуры, дисплея, «мыши», принтера и др.

Все функциональные узлы ПК связаны между собой через системную магистраль, представляющую из себя более трёх десятков упорядоченных микропроводников, сформированных на печатной плате.

Микропроцессор служит для обработки информации: он выбирает команды из внутренней памяти (ОЗУ или ПЗУ), расшифровывает и затем исполняет их, производя арифметические и логические операции.

Получает данные из устройства ввода и посылает результаты на устройства вывода.

Он вырабатывает также сигналы управления и синхронизации для согласованной работы его внутренних узлов, контролирует работу системной магистрали и всех периферийных устройств.

Упрощённая схема микропроцессора представлена на рис. «Программный принцип работы ПК» (выделена штриховой линией с надписью ЦП).

В его состав входят: арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции над двоичными числами; блок регистров общего назначения (РОН), используемых для временного хранения обрабатываемой информации (R0 — R5), указателя стека (R6) и счётчика команд (R7); устройство управления (УУ), определяющее порядок работы всех узлов микропроцессора.

Одной из важнейших характеристик микропроцессора является его разрядность, определяемая числом разрядов АЛУ и РОН. Современные микропроцессоры имеют 16- , 32- и 64-разрядную длину двоичного числа, а также до 200 и более различных внутренних команд.

Обработка информации осуществляется по программе, которая представляет собой последовательность команд, управляющих работой компьютера. Команда состоит из кода операции и адреса.

Код операции сообщает микропроцессору, что нужно сделать, какую выполнить операцию: сложить, сравнить, переслать, очистить и т.д. Адрес указывает место, где находятся данные, подлежащие обработке.

Команды бывают безадресные, одноадресные и двухадресные.

Выполнение любой команды состоит из двух фаз: фазы выборки и фазы исполнения. Фаза выборки начинается по сигналу начала цикла команды. При этом содержимое счётчика команд (Сч. команд) указывает на её адрес в ОЗУ (например, 1000). Как только сигнал по шине адресов поступит в ОЗУ, содержимое счётчика команд изменится на 2 и укажет адрес следующей команды.

Из ОЗУ по шине данных команда поступает в регистр команд (Рег. команд) микропроцессора. В данном случае это команда ADD(R0),R1. Фаза исполнения начинается с расшифровки полученной команды.

В нашем примере код операции ADD предписывает АЛУ сложить содержимое, находящееся по адресу источника, хранимому в регистре R0, с содержимым, размещенным по адресу приёмника R1, и результат поместить в регистр приёмника R1. На этом кончается фаза исполнения данной команды и микропроцессор готов к выполнению следующей команды, указанной в счётчике команд (СК+2) и т.д.

Следует обратить внимание на особенность записи адреса источника R0. Этот адрес в команде взят в круглые скобки. В этом случае в регистре R0 хранятся не сами данные, а номер адреса, в котором находятся искомые данные.

Итак, компьютер функционирует лишь благодаря программному обеспечению, без которого он бесполезен. Программное обеспечение условно можно разделить на системное (например, Операционная Система Windows и др.), прикладное (например, Microsoft Office, Adobe Photoshop, Macromedia Flash и др.), инструментальное (например, Audio Editor Gold, QuickTime Player и др.).

В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись, но ещё десять лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер — они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер.

А теперь в каждом третьем доме есть компьютер, который уже глубоко вошёл в жизнь самих обитателей дома. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются. Этому в значительной степени способствует распространение персональных ЭВМ, и особенно микроЭВМ.

За время, прошедшее с 50-х годов, цифровая ЭВМ превратилась из «волшебного”, но при этом дорогого, уникального и перегретого нагромождения электронных ламп, проводов и магнитных сердечников в небольшую по размерам машину — персональный компьютер, состоящий из миллионов крошечных полупроводниковых приборов, которые упакованы в небольшие пластмассовые коробочки.

На сегодняшний день компьютерные технологии применяются по-всюду, они управляют работой кассовых аппаратов, следят за работой автомобильных систем зажигания, ведут учёт семейного бюджета, или просто используются в качестве развлекательного комплекса, но это только малая часть возможностей современных компьютеров. Более того, бурный прогресс полупроводниковой микроэлектроники, представляющей собой базу вычислительной техники, свидетельствует о том, что сегодняшний уровень как самих компьютеров, так и областей их применения является лишь слабым подобием того, что наступит в будущем.

Источник: https://studwood.ru/2020858/informatika/printsipy_postroeniya_funktsionirovaniya

Основные принципы построения компьютеров

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.

А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.

Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”.

Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).

Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.

Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, может не выполнятся принцип программного управления, т.е. они могут работать без «счетчика команд», указывающую текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фоннеймановскими.

4. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ КОМАНДЫ ЭВМ.

  • Команда – это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.
  • В общем случае, команда содержит следующую информацию:
  • § код выполняемой операции ;
  • § указания по определению операндов (или их адресов) ;
  • § указания по размещению получаемого результата.
  • В зависимости от количества операндов, команды бывают:
  • § одноадресные;
  • § двухадресные;
  • § трехадресные;
  • § переменоадресные.
  • Команды хранятся в ячейках памяти в двоичном коде.
  • В современных компьютерах длина команд переменная (обычно от двух до четырех), а способы указания адресов переменных весьма разнообразные.
  • В адресной части команды может быть указан, например:
  • §сам операнд (число или символ);
  • §адрес операнда (номер байта, начиная с которого расположен операнд);
  • §адрес адреса операнда (номер байта, начиная с которого расположен адрес операнда), и др.
  • Рассмотрим несколько возможных вариантов команды сложения (англ. add — сложение), при этом вместо цифровых кодов и адресов будем пользоваться условными обозначениями:
  • одноадресная команда add x (содержимое ячейки x сложить с содержимым сумматора, а результат оставить в сумматоре)
  • двухадресная команда add x, y (сложить содержимое ячеек x и y, а результат поместить в ячейку y)
  • трехадресная команда add x, y, z (содержимое ячейки x сложить с содержимым ячейки y, сумму поместить в ячейку z)

Как пpавило, процесс выполнения команды разбивается на следующие этапы:

  • из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, выбирается очередная команда; содержимое счетчика команд при этом увеличивается на длину команды;
  • выбранная команда передается в устройство управления на регистр команд;
  • устройство управления расшифровывает адресное поле команды;
  • по сигналам УУ операнды считываются из памяти и записываются в АЛУ на специальные регистры операндов;
  • УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответствующую операцию над данными;
  • результат операции либо остается в процессоре, либо отправляется в память, если в команде был указан адрес результата;
  • все предыдущие этапы повторяются до достижения команды “стоп”.

Статьи к прочтению:

Команда выполнить в windows

Источник: http://csaa.ru/osnovnye-principy-postroenija-kompjuterov/

Ссылка на основную публикацию