Архитектура современных компьютеров

CoolReferat.com

Введение

 

Персональный компьютер (ПК) стал обязательным атрибутом в  любом современном офисе. Это  основная техническая база информационной технологии. Экономист-профессионал XXI века должен обладать обширными знаниями в области информатики, иметь практические навыки по использованию современной вычислительной техники, систем связи и передачи информации, средств оргтехники, знать основы и перспективы развития новых информационных технологий, уметь оценивать информационные ресурсы для принятия оптимальных управленческих решений.

Вместе с тем необходимо учитывать, что неотъемлемой частью профессиональной деятельности современного специалиста управления является его  взаимодействие со специалистами в  области компьютерных технологий. В  этом плане важным фактором эффективности их взаимодействия являются владение специалистами управления основной терминологией компьютерной сферы деятельности, понимание реальных возможностей и особенностей применения компьютерных технологий, умение четко формулировать свои требования как пользователей к подобным компьютерным системам.

Возможности ПК определяются характеристиками его функциональных блоков. Замена одних блоков на другие в настоящее время не представляет собой проблемы, и при необходимости  можно достаточно быстро произвести модернизацию ПК. Однако современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно не просто выбрать нужный блок, определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний здесь практически не обойтись.

Цель данной курсовой – изучение архитектуры современного персонального компьютера, рассмотрение основных компонентов архитектуры современного ПК, их предназначения, функционирования во всей системе, их взаимосвязи и взаимодействия, обеспечивающих эффективную работу ПК.

Для поставленной цели нужно  решить следующие задачи:

1. Рассмотреть архитектуру современного ПК
2. Изучить основные блоки ПК. Состав и их назначение
3. Исследовать основные внешние устройства ПК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Теоретическая часть

 

1. 1 Архитектура современного ПК

 

Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре  и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные.

Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами.

 Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств.

Структура компьютера – это некоторая  модель, устанавливающая состав, порядок  и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.[5, с.129]

Компьютер, как и человек, представляет собой систему, в которой уживаются  «тело» и «душа».

«Тело» компьютера - это его «железная» аппаратная часть (hardware). Аппаратные средства современных ПК представляют собой совокупность электронных, электромагнитных и электронно-оптических устройств. Каждое устройство может выполнять определенный набор действий (функций). Какое именно действие из набора возможных выполняется в данный момент, определяется комбинацией входных управляющих электрических сигналов. Такая комбинация называется командой.

«Душа» - это оживляющие эту «груду железа» прикладные  и системные  программы (software).

Достоинствами ПК являются: малая  стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального  покупателя; автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды; гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту; «дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки; высокая надежность работы.

ПК 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 данный компьютер, называется конфигурацией ПК.

Существует «минимальная» конфигурация ПК, т.е. минимальный набор устройств, без которых работа ПК становится бессмысленной. Это – системный блок, монитор, клавиатура, мышь. Обычно под набором комплектующих, объединенных понятием «типовой персональный компьютер», понимают следующий их состав: корпус с блоком питания; системная (материнская) плата; процессор; оперативная память; видеоконтроллер; монитор; жесткий диск; клавиатура; мышь; дисковод CD-ROM; дисковод гибких дисков; звуковая карта.[1, с.34-38].

 

 

 

 

 

 

 

2. Основные блоки ПК. Состав и их назначение

 

Наиболее важными компонентами любого ПК, обусловливающими его основные характеристики, являются: микропроцессор, системная (материнская) плата, интерфейс.

Микропроцессор  (МП, Central Processing Unit-CPU) – функционально законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем и находящуюся внутри системного блока и установленную на материнской плате. МП – это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

В состав микропроцессора входят:

устройство управления (УУ) - формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций ; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;

арифметико - логическое устройство (АЛУ) - предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);

микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного характера, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, т.к. основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессор;

интерфейсная система микропроцессора - реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface)- совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O - Input/Output port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК. [5, с.130-131].

Основными характеристиками МП являются:

• Быстродействие (количество операций, производимых в 1 сек.; измеряется в бит/сек);
• Тактовая частота (т.е. количество тактов в сек. Такт-промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой-генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов ПК. На выполнение МП каждой операции отводится определенное количество тактов. Чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (Мгц) и гигагерцах (Ггц)) [4, с.20].
• Разрядность (определяется количеством двоичных разрядов, которые МП обрабатывает за один такт) [1, с.44-45].

Системная (материнская) плата. Важнейшим элементом ПК, к которому подключено все то, что составляет сам компьютер. Она служит для объединения и организации взаимодействия других компонентов. По сути, выбор конфигурации ПК начинается с выбора системной платы. На материнской плате размещаются:

• процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
• шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигнала-

ми между внутренними устройствами компьютера;

• оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;
• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;
• микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;
• разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

При выборе материнской платы необходимо учитывать следующие ее характеристики: возможные типы используемых МП с  учетом их рабочих частот; число и тип разъемов системной шины; базовый размер платы;

возможность наращивания оперативной  и кэш-памяти; возможность обновления базовой системы ввода-вывода (BIOS). [3, с.78-79].

Интерфейс - совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. Все интерфейсы можно разделить на:

• внутримашинный (система связи и сопряжения узлов и блоков ПК между собой. Представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. Существует два варианта организации внутримашинного интерфейса:

 Многосвязный интерфейс (каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами; интерфейс применяется, как правило, только в простейших бытовых ПК);

Односвязный интерфейс (все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину).

• внешний (обеспечивает связь ПК с внешними (периферийными) устройствами и другими ПК)

В подавляющем большинстве  современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина [2, с.167-168].

Системная шина находится непосредственно на материнской плате. Функционально системная шина предназначена для передачи информации между МП и остальными компонентами ПК. По шине проходит не только обмен информацией, но и передача адресов, служебных сигналов. [3, с.79]. Шина характеризуется типом, разрядностью (это максимальное количество одновременно передаваемой информации), частотой ( кол-во циклов срабатывания шины в единицу времени) и количеством подключаемых внешних устройств. [1, с. 42]

Основных шин три: шина данных, шина адреса и шина управления.

Шина данных. По ней данные передаются между различными устройствами в любом направлении. Разрядность шины определяется разрядностью МП, т.е. количеством двоичных разрядов, кот. могут обрабатываться или передаваться МП одновременно. Разрядность МП постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Шина адреса. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес, который передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении - от МП к оперативной памяти и устройствам. Разрядность шины постоянно увеличивается и в современных ПК составляет 36 бит.

Шина управления. По ней передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают какую операцию-считывание или запись информации из памяти- нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т.д.[4, с.18-19]

В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться: шины расширений - шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств; локальные шины, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса и используются для увеличения производительности системы; периферийные шины, обеспечивают связь центральных устройств машины с внешними устройствами (дисковые накопители, клавиатура, мышь, сканер и др.). [3, с.79-81]

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств:

Постоянное запоминающее устройство (RAM, ПЗУ) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).

Оперативное запоминающее устройство (ROM, ОЗУ) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно - вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка следует отменить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).