«Информатика»

Вид материала

Учебное пособие

Содержание Состав и назначение основных элементов персонального компьютера Разрядность процессора Шина управления Разрядность – это количество битов, которое воспринимается микропроцессором как единое целое ( 2. Емкость оперативной памяти – 3. Емкость жесткого диска. Жесткий диск

Подобный материал:

• Рабочая учебная программа по дисциплине «Информатика» Направление №230100 «Информатика, 91.73kb.
• Темы рефератов по курсу «Информатика», 10.55kb.
• Программа дисциплины Иностранный язык профессионального общения для направлений 080700., 259.96kb.
• Рабочая программа дисциплины: «Информатика с методикой преподавания» Для специальности:, 495.05kb.
• Рабочая программа «Основы микроэлектроники» для специальностей «Информатика и английский, 501.86kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине б в дв. 01- цифровая обработка сигналов, 603.86kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине педагогика направление подготовки, 1570.07kb.
• Программа пропедевтического курса «Информатика в играх и задачах», 125.46kb.
• Рабочая программа дисциплины для студентов магистратуры, обучающихся по направлению, 120.54kb.
• Метод Кругов Эйлера Аннотация. Логические задачи, представленные в данной рабочей тетради,, 456.39kb.

Состав и назначение основных элементов персонального компьютера

Архитектура – состав устройств, включаемых в ПК, и организация их вза­и­мо­­действия. Основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой называется общей шиной. Иначе говоря, общая шина это интерфейс объединения модулей в вычислительную систему. А фактически Общая шина или системная магистраль (ОШ, СМ) – пучок проводов, к которому подключаются все блоки ПК. (интерфейс- стандарты свя­­зи и вза­и­мо­­дей­ст­вия устройств между собой).

Минимальная (базовая) конфигурация ПК включает в себя : 1)системный блок; 2)видео­мо­ни­тор (дисплей); 3)клавиатуру; 4) и как правило, ручной манипулятор (ча­­­ще всего мышь). При расширенной конфигурации к ПК могут подключаться и другие внешние устройства: принтер, модем, сканер, зву­ковые колонки и т.д.

ПК строятся на основе принципа открытой архитектуры: не единая, жест­кая конструкция, а возможность гибкого подключения разных устройств и за­ме­ны этих устройств на новые модификации (upgrade). Например, можно уста­нав­ли­­вать дополнительные блоки оперативной памяти и жесткие диски. В част­нос­ти, можно ис­поль­­­зо­вать блоки разных производителей (с едиными стандартами свя­­зи и вза­и­мо­­дей­ст­вия – интерфейсом).

Основной частью ПК является системный блок (). В системном блоке размещаются основные элементы: 1)системная (ма­те­­ринская) плата (СП); 2)жесткий диск (винчестер); 3)порты – разъемы для подключения внешних устройств; 4)дисководы; 5)блок питания с вен­ти­ля­то­ром (пре­­образует переменный ток в постоянный).

На системной (материнской) плате устанавливаются: 1)микропроцессор (МП); 2)основная (внутренняя) память (=ОЗУ+ПЗУ+Полупостоянная(CMOS)); 3)тай­­мер (с аккумулятором) ведущий отсчет времени (и при выключенном ПК); 4)ге­нератор тактовых импульсов(ГТИ); 5)контроллер прерываний; 6)пучки про­­­­водов (шины, информационные магистрали), обеспечивающие связь между этими бло­ками.

МП (центральный процессор ПК) – основа ПК – обеспечивает собственно об­­ра­ботку информации (данных, чисел). Состоит из управляющего устройства (что и в каком порядке делать) и арифметико-логического устройства, выпол­ня­ющего сами операции.

1)Все операции выполняются над машинными словами двоичными числами (из 0 и 1) расположенными в специ­аль­ных ячейках процессора – регистрах.

2)Из ОЗУ берется машинная команда. В трехадресной команде (бывают одно и двухадресные):

01	0205	3214	4671
Код операции (сложение)	Адрес 1-го операнда	Адрес 2-го операнда	Адрес результата

3)Операнд – число из ячейки ОЗУ (или, иногда, указанное в самой МК).

4)Операции – элементарные: сложение, умножение и т.п. двоичных чисел. Все возможности ЭВМ сводятся к ним.

5)В результате выполнения команды определяется по какому адресу ОЗУ брать следующую команду (подряд или БуП или УП).

Каждая операция выполняются за несколько шагов(тактов), которые производятся сра­зу над несколькими числами. Шаги должны быть синхронизированы.

Для синхронизации операций используется генератор тактовых импульсов (ГТИ) – специальная ми­­к­­ро­схема на СП, которая выдает строго определенное число импульсов в секунду – так­­товая частота процессора. Любая операция (например, ариф­­метическая) выполняется за 1 или несколько (3–4) тактов. У ГТИ – та же роль, что у маятника в механических ча­сах. Быстродействие МП, кроме тактовой частоты, зависит от разрядности про­­цес­сора – числа бит в регистрах, которые обрабатываются параллельно за 1 шаг (такт). Самые большие затраты времени МП получаются при обмене данными с ОЗУ, поэтому про­­цессор снаб­жают «промежуточной», сверхоперативной – кэш-па­мя­тью( действующим хранилищем копий блоков основной памяти, с которыми про­цессор работает в дан­ный момент). Это позволяет быстро обращаться к содержимому отдельных ячеек. Кэш-память первого уровня (самая маленькая и быстрая) в одном кристалле с МП, второго на отдельном кристалле в одном узле с МП, третьего – быс­тро­дей­ст­вующие микросхемы на СП вблизи МП.



Рисунок 3 – Структура системного блока персонального компьютера

Для ускорения работы к МП подключаются сопроцессоры – вспо­мо­га­тель­ные специализированные процессоры, которые могут выполнять только опе­ра­ции определенного типа, но очень быстро: математический, графический, вво­да-вывода. Например, математический сопроцессор реализует в виде специальных электрон­ных схем вычисление стандартных функций (логарифм, корень), каждую из которых иначе приш­лось бы считать большим количеством элементарных сложений, умножений и т.п.

Быстродействие процессора – число операций в секунду (флопсы) из­ме­ря­ет­ся на стандартных тестовых задачах. Величина условная, зависит от состава тес­­та – у од­них быстрее сложение, у других обмен с ОЗУ и т.п. У современных ПК составляет десятки – сотни Ме­гафлопс (миллионов оп/сек). На суперкомпьютерах достигнуты рекордные значения 50 Терафлопс – 50 триллионов оп/сек, планируется 10 Петафлопс – 10*1000 триллионов оп/сек.

Таким образом, быстродействие МП зависит от его характеристик:

1)Тактовая частота – сейчас до нескольких миллиардов тактов в сек (ГГц);

2) Разрядность процессора – обычно 32 или 64 бита;

3)Объемы кэш-памяти – сейчас 1 уровень десятки Кб, 2 – до 2 Мб, 3 – нес­коль­ко Мб. Считается, что кэш-память 256 КБ увеличивает производительность ПК на 20%.

Основные фирмы, которые производят центральные процессоры для ПК это Intel, AMD, IBM

ПК параллельно выполняет несколько задач (программ, процессов). В лю­бой момент может поступить сигнал от внешних устройств (принтер – кон­­­чи­лась бумага, клавиатура – прекратить расчет, переключиться в другое ок­но). Нужно выполнить прерывание – остановить одни задачи (за­пом­нив сос­то­я­ние и про­­межуточные результаты), запустить новые программы (вы­дать со­об­ще­ние о бу­маге на экран). Всё это координируется специальным уп­рав­­­ляющим уст­рой­ст­вом на СП – контроллером прерываний (КП).

Различные устройства подключаются к СП через специальные разъемы (гнезда или слоты). В них встав­ляются конкретные платы, называемые контроллером или адаптером, обес­пе­чи­вающие управление эти­ми устройствами (монитором, принтером, мышью, дис­ко­водами и т.д.). Конт­рол­лер клавиатуры обычно устанавливается не­посредственно на СП. (Cont­rol – уп­равление, а не только контроль.) Для управления каждым внешним устройством кроме контроллера нужна своя программа – драйвер, которая хранится либо в памяти ПК, либо в специальной па­мя­ти контроллера. Для обеспечения связи между устройствами на СП, а также их связи с под­ключенными через слоты и контроллеры другими устройствами могут использоваться: многосвязный интерфейс – каждая связь двух устройств отдельная линия или односвязный интерфейс – все устройства подключаются к единой линии.

СМ включает 4 основные линии (шины):

1)Шина данных для передачи операндов.

2)Шина адреса для передачи кодов ячеек памяти и портов.

3) Шина управления для передачи управляющих сигналов всем блокам.

4)Шина питания для передачи всем устройствам напряжения от блока питания.

Некоторые устройства осуществляют интенсивный обмен данными между собой (МП – Основная память, МП – Видеотерминал). Поэтому кро­ме СМ (ОШ) используют локальные шины, напрямую связывающие от­дель­ные устройства. Например, USB шина - интерфейсная шина системного уровня. Позволяет подключать до 256 внешних устройств к од­ному каналу. Обеспечивает «горячее» подключение и отключение устройств к работающему ком­пьютеру. Ско­рость передачи до 800 Мб/сек.

Применяют разные типы (конструкции, стандарты) шин, которые делят на:

1)Шины расширения – универсальные, можно подключать разные устройства.

2)Локальные шины, предназначенные для соединения конкретных типов уст­ройств.

Характеристики шин: 1)Рабочая частота – количество тактов передачи в секунду; 2)Скорость передачи данных (Мбайт/сек); 3)Разрядность шины данных–сколько бит может передаваться од­но­вре­мен­но; 4)Разрядность адресной шины, от которой зависит адресное пространство – с ка­­кой емкостью ОЗУ можно работать: а) 24 разряда –> 2²⁴ байт = 16 Мбайт; б) 32 разряда –> 2³² байт = 4 Гбайт.

Наиболее распространенные типы (стандарты) шин:

1. ISA (Industry Standard Architecture), использовалась в ранних ПК сейчас устарела. Ра­­бочая час­тота 8 МГц, скорость передачи 5,5 Мб/сек, шина данных 16 разрядов, адресная – 24.
   
2. EISA (Extended ISA) – усовершенствованный вариант. Ра­бочая частота 10–20 МГц, ско­рость передачи до 32 Мб/сек, шины данных и адресная по 32 разряда.
   
3. VLB (VESA Local Bus – локальная шина стандарта VESA – Video Elec­tro­nics Standards As­­sociation – Ассоциация стандартов видеооборудования) – ло­каль­ная шина для связи МП и ОП, к которой потом стали подключать монитор. Ра­бочая частота до 50 МГц, ско­рость передачи до 50 Мб/сек, есть варианты с 32 и с 64 разрядами обеих шин.
   
4. PCI (Peripherals Component Interconnect) – создана как ло­каль­ная, но возможности рас­ши­ре­ны и теперь можно подключать разные устройства, в т.ч. шины EISA. Ра­бочая частота до 66 МГц. Варианты: 33МГц – 264 Мб/сек – 32 разряда; 66МГц – 528 Мб/сек – 64 разряда.
   
5. AGP (Advanced Graphic Port) – ло­каль­ная для подключения монитора (видеоадаптера). Ра­­­бочие частоты 33 и 66 МГц, скорость передачи до 1066 Мб/сек.
   
6. USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль). Используется для подключения внешних устройств к СМ. Позволяет подключать до 256 внешних устройств к од­ному каналу. Обеспечивает «горячее» подключение и отключение устройств к работающему ком­пьютеру. Ско­рость передачи до 800 Мб/сек.
   

Основными характеристиками конкретного компьютера являются:

• быстродействие;
  
• емкость оперативной памяти;
  
• емкость жесткого магнитного диска (ЖМД) – винчестера и др.
  

(Термин «винчестер» возник в 1973г. из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт, имеющего 30 дорожек и 30 секторов – это совпало с калибром 30/30 охотничьего ружья «Винчестер».)

Важными характеристиками компьютера являются:

• тип видеосистемы – монитора и видеоадаптера. На качество изображения мониторов влияют минимальный размер зерна, частота регенерации. Вредное воздействие на здоровье человека может оказать монитор, особенно старых конструкций. Однако следует соблюдать гигиенические нормы даже при работе с современным LCD монитором. Для специальных целей применяются сенсорные мониторы, которые реагируют на прикосновения пальцами.
  
• тип принтера (матричный, струйный, лазерный; черно-белый или цветной);
  
• аппаратная и программная совместимость с другими ПК;
  
• совместимость программного обеспечения сверху вниз (каждый новый процессор «понимает» все команды своих предшественников;
  
• открытая архитектура – возможность дополнения имеющихся аппаратных средств новыми компонентами без замены старых.
  
• В состав мультимедиа-компьютера обязательно входит CD-ROM дисковод и звуковая плата.
  

Рассмотрим основные характеристики ПК подробно.

1. Быстродействие компьютера можно оценить, зная тактовую частоту и разрядность микропроцессора.

Тактовая частота определяется частотой генератора тактовых импульсов. Она равна количеству тактов в секунду и измеряется в мегагерцах (МГц). Частота в 1 МГц соответствует миллиону тактов в секунду. Процессоры ПК могут иметь частоты 266, 400, 700, 1000 МГц и более. Процессоры Pentium IV выпускаются с тактовой частотой более 2000 МГц.

Разрядность – это количество битов, которое воспринимается микропроцессором как единое целое (или максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым может выполняться одна машинная операция) – 4, 8, 16, 32, 64, т.е. целая степень числа 2. Чем больше разрядность, тем больше производительность (скорость работы) компьютера.

2. Емкость оперативной памяти – измеряется в мегабайтах. При оперативной памяти менее 8 мегабайт, многие современные прикладные программы либо совсем не работают, либо работают очень медленно.

3. Емкость жесткого диска. Жесткий диск – это кружок из немагнитного материала (алюминий, стекло, керамика), на одну или обе поверхности нанесены тончайший магнитный слой. Запись и чтение информации осуществляется блоком магнитных головок. На диске имеется система не делимых сегментов информации – кластеров, входящих в магнитную дорожку – окружность. Совокупность таких дорожек с одним диаметром окружности на нескольких дисках образует цилиндр. Блок головок считывания/записи быстро устанавливается на нужный цилиндр, а переключением головок быстро выбирается нужная дорожка. Накопитель может содержать несколько сцепленных жестких дисков, постоянно вращающихся со скоростью до 10000 оборотов в минуту. Жесткие диски имеют следующие параметры:

• диаметр диска в дюймах (5,25, 3,5, 2,5, 1,8 и т.д.);
  
• число цилиндров;
  
• число головок;
  
• полная емкость диска (30- 500 Гбайт и более);
  
• время доступа (от 0,3 – до 0,5 мс);
  
• скорость передачи информации (25-30 Мбайт/с и выше).