Grundlegende PC-Bausteine und ihr Zweck

Konzept von Architektur und Struktur

Die Architektur eines Computers wird durch die Gesamtheit seiner für den Benutzer wichtigen Eigenschaften bestimmt. Das Hauptaugenmerk liegt auf dem Aufbau und der Funktionalität des PCs, die in grundlegende und zusätzliche Funktionen unterteilt sind.

Die Hauptfunktionen bestimmen den Zweck des Computers: Informationen verarbeiten und speichern, Informationen mit externen Objekten austauschen. Zusätzliche Funktionen Erhöhen Sie die Effizienz bei der Ausführung grundlegender Funktionen: Bereitstellung effektiver Betriebsmodi, Dialog mit dem Benutzer, hohe Zuverlässigkeit usw. Die genannten Funktionen des Computers werden mithilfe seiner Komponenten implementiert: Hardware und Software.

Die Struktur eines Computers ist ein bestimmtes Modell, das die Zusammensetzung, Reihenfolge und Interaktionsprinzipien seiner Komponenten festlegt.

Ein Personal Computer ist ein Desktop- oder Laptop-Computer mit vielseitigen Einsatzmöglichkeiten. Die Vorteile eines PCs sind:

1. niedrige Kosten, die für den einzelnen Käufer erschwinglich sind;
2. Betriebsautonomie ohne besondere Anforderungen an die Umgebungsbedingungen;
3. Flexibilität der Architektur, die ihre Anpassungsfähigkeit an eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich Management, Wissenschaft, Bildung und im Alltag gewährleistet;
4. „Freundlichkeit“ des Betriebssystems und andere Dinge Software, sodass der Benutzer ohne spezielle Fachausbildung damit arbeiten kann;
5. Hohe Betriebszuverlässigkeit (mehr als 5.000 Stunden zwischen Ausfällen)

Struktur persönlicher Computer

Betrachten wir die Zusammensetzung und den Zweck der wichtigsten PC-Blöcke in Bezug auf IBM PC-ähnliche Computer, die den Anforderungen der allgemeinen Verfügbarkeit entsprechen.

Mikroprozessor (MP). Hierbei handelt es sich um eine zentrale PC-Einheit, die dazu dient, den Betrieb aller Einheiten der Maschine zu steuern und Rechen- und Rechenoperationen durchzuführen logische Operationenüber Informationen.

Der MP umfasst:

1. Steuergerät (CU) – erzeugt und sendet zum richtigen Zeitpunkt bestimmte Signale an alle Blöcke der Maschine – w-Steuerung (Steuerimpulse), bestimmt durch die Besonderheiten des ausgeführten Vorgangs und die Ergebnisse früherer Vorgänge; generiert Adressen von Speicherzellen, die von der ausgeführten Operation verwendet werden, und überträgt diese Adressen an die entsprechenden Computerblöcke. Die Steuereinheit erhält vom Taktimpulsgenerator eine Referenzimpulsfolge;
2. Arithmetisch-logische Einheit (ALU) – entwickelt, um alle arithmetischen und logischen Operationen an numerischen und symbolischen Informationen auszuführen (bei einigen PC-Modellen ist ein zusätzlicher mathematischer Coprozessor mit der ALU verbunden, um die Ausführung von Operationen zu beschleunigen;
3. Mikroprozessorspeicher (MPM) – dient der kurzfristigen Speicherung, Aufzeichnung und Ausgabe von Informationen, die direkt in Berechnungen in den nächsten Maschinenbetriebszyklen verwendet werden. MPP basiert auf Registern und wird verwendet, um eine hohe Geschwindigkeit der Maschine sicherzustellen, da der Hauptspeicher (RAM) nicht immer die erforderliche Geschwindigkeit zum Schreiben, Suchen und Lesen von Informationen bietet effiziente Arbeit schnell wirkender Abgeordneter. Register sind Hounterschiedlicher Länge (im Gegensatz zu OP-Zellen, die standardmäßig eine Länge von 1 Byte und eine geringere Leistung haben);
4. Mikroprozessor-Schnittstellensystem – implementiert die Kopplung und Kommunikation mit anderen PC-Geräten; umfasst eine interne MP-Schnittstelle, Pufferspeicherregister und Steuerschaltungen für Ein-/Ausgabeanschlüsse (I/O) und den Systembus. Eine Schnittstelle ist eine Reihe von Mitteln zum Koppeln und Kommunizieren von Computergeräten, um deren effektive Interaktion sicherzustellen. Eingabe-/Ausgabe-Port (I/O – Eingabe-/Ausgabe-Port) – Schnittstellenausrüstung, die es Ihnen ermöglicht, ein anderes PC-Gerät an den Mikroprozessor anzuschließen.

Taktgenerator. Es erzeugt eine Folge elektrischer Impulse; die Frequenz der erzeugten Impulse bestimmt Taktfrequenz Autos.

Das Zeitintervall zwischen benachbarten Impulsen bestimmt die Zeit eines Arbeitszyklus oder einfach den Betriebszyklus der Maschine. Die Frequenz des Taktimpulsgenerators ist eines der Hauptmerkmale eines Personalcomputers und bestimmt maßgeblich die Geschwindigkeit seines Betriebs, da jeder Vorgang im Gerät in einer bestimmten Anzahl von Taktzyklen ausgeführt wird.

System Bus. Dies ist das Hauptschnittstellensystem des PCs, das die Kopplung und Kommunikation aller seiner Geräte untereinander gewährleistet.

Der Systembus umfasst:

1. Codedatenbus (CDB), der Drähte und Schnittstellenschaltungen zur parallelen Übertragung aller Bits des numerischen Codes (Maschinenworts) des Operanden enthält;
2. Code-Adress-Bus (ACBA), einschließlich Leitungen und Schnittstellenschaltungen zur parallelen Übertragung aller Bits des Adresscodes einer Hauptspeicherzelle oder eines Ein-/Ausgabe-Ports eines externen Geräts;
3. codierter Befehlsbus (IBC), der Drähte und Schnittstellenschaltungen zur Übertragung von Befehlen (Steuersignalen, Impulsen) an alle Blöcke der Maschine enthält; ein Energiebus mit Leitungen und Schnittstellenschaltungen zum Anschluss von PC-Einheiten an das Stromversorgungssystem.

Der Systembus bietet drei Richtungen der Informationsübertragung:

- zwischen Mikroprozessor und Hauptspeicher;
- zwischen dem Mikroprozessor und den Ein-/Ausgabeanschlüssen externer Geräte;
- zwischen dem Hauptspeicher und den I/O-Ports externer Geräte (im Direktspeicherzugriffsmodus).

Alle Blöcke bzw. deren I/O-Ports werden auf die gleiche Weise über die entsprechenden einheitlichen Anschlüsse (Verbindungen) an den Bus angeschlossen: direkt oder über Controller (Adapter). Der Systembus wird vom Mikroprozessor entweder direkt oder häufiger über einen zusätzlichen Chip gesteuert – einen Buscontroller, der die Hauptsteuersignale erzeugt. Der Informationsaustausch zwischen externen Geräten und dem Systembus erfolgt über ASCII-Codes.

Hauptspeicher (RAM). Es dient der Speicherung und dem zeitnahen Austausch von Informationen mit anderen Einheiten der Maschine. Das OP enthält zwei Arten von Geräten: Nur-Lese-Speicher (ROM) und Direktzugriffsspeicher (RAM).

ROM wird zum Speichern unveränderlicher (permanenter) Programme und verwendet Referenzinformationen, ermöglicht es Ihnen, schnell nur die darin gespeicherten Informationen zu lesen (Sie können die Informationen im ROM nicht ändern).

RAM ist für die Online-Aufzeichnung, Speicherung und das Lesen von Informationen (Programmen und Daten) konzipiert, die direkt am Informations- und Rechenprozess des PCs im aktuellen Zeitraum beteiligt sind. Hauptvorteile Arbeitsspeicher sind seine hohe Leistung und die Möglichkeit, auf jede Speicherzelle separat zuzugreifen (direkter Adresszugriff auf die Zelle). Als Nachteil des RAM ist zu beachten, dass nach dem Ausschalten der Maschine keine Informationen darin gespeichert werden können (Volatilitätsabhängigkeit).

Externer Speicher. Es bezieht sich auf externe Geräte des PCs und dient der langfristigen Speicherung aller Informationen, die zur Lösung von Problemen benötigt werden. Insbesondere wird die gesamte Computersoftware im externen Speicher gespeichert. Externer Speicher enthält verschiedene Arten von Speichergeräten, aber die gebräuchlichsten, die auf fast jedem Computer verfügbar sind, sind Festplattenlaufwerke (HDD) und Diskettenlaufwerke (FLMD).

Der Zweck dieser Laufwerke besteht darin, große Informationsmengen zu speichern, gespeicherte Informationen aufzuzeichnen und auf Anfrage in einem Speichergerät mit wahlfreiem Zugriff freizugeben. Festplattenlaufwerke und Flachplattenlaufwerke unterscheiden sich lediglich im Design, der Menge der gespeicherten Informationen und der Zeit, die zum Suchen, Aufzeichnen und Lesen von Informationen benötigt wird.

Als externe Speichergeräte werden auch Speichergeräte auf Kassetten-Magnetband (Streamer), optische Laufwerke (CD-ROM – Compact Disk Read Only Memory – CD mit Nur-Lese-Speicher) usw. verwendet.

Stromversorgung. Dies ist ein Block, der autonome und vernetzte Stromversorgungssysteme für einen PC enthält.

Timer. Hierbei handelt es sich um eine in die Maschine eingebaute elektronische Uhr, die bei Bedarf eine automatische Aufzeichnung des aktuellen Zeitpunkts (Jahr, Monat, Stunden, Minuten, Sekunden und Sekundenbruchteile) ermöglicht. Der Timer ist an eine autonome Stromquelle – eine Batterie – angeschlossen und läuft weiter, wenn die Maschine vom Netzwerk getrennt wird.

Externe Geräte (ED). Dies ist die wichtigste Komponente eines jeden Computerkomplexes. Es genügt zu sagen, dass VAs im Hinblick auf die Kosten manchmal 50–80 % des gesamten PCs ausmachen. Die Möglichkeit und Wirksamkeit des Einsatzes von PCs in Steuerungssystemen und in der gesamten Volkswirtschaft hängt maßgeblich von der Zusammensetzung und den Eigenschaften des Computers ab.

PC-Computer sorgen für die Interaktion der Maschine mit der Umgebung: Benutzern, Steuerobjekten und anderen Computern. VE sind sehr vielfältig und können nach einer Reihe von Merkmalen klassifiziert werden. Somit lassen sich je nach Verwendungszweck folgende Gerätetypen unterscheiden:

- externe Speichergeräte (VSD) bzw Externer Speicher PC;
- Benutzerdialog-Tools;
- Informationseingabegeräte;
- Informationsausgabegeräte;
- Kommunikations- und Telekommunikationsmittel.

Zu den interaktiven Werkzeugen des Benutzers gehören Videomonitore (Displays), seltener ferngesteuerte Schreibmaschinen (Drucker mit Tastatur) und Spracheingabe-/-ausgabegeräte.

Ein Videomonitor (Display) ist ein Gerät zur Anzeige der von einem PC eingegebenen und ausgegebenen Informationen.

Spracheingabe-/-ausgabegeräte sind schnell wachsende Multimedia-Tools. Spracheingabegeräte sind verschiedene Mikrofone Akustische Systeme, „Sound-Mäuse“, zum Beispiel mit hochentwickelter Software, um von Menschen ausgesprochene Buchstaben und Wörter zu erkennen, zu identifizieren und zu kodieren.

Sprachausgabegeräte sind verschiedene Klangsynthesizer, die digitale Codes in Buchstaben und Wörter umwandeln, die über Lautsprecher (Lautsprecher) oder an einen Computer angeschlossene Lautsprecher wiedergegeben werden.

Zu den Informationseingabegeräten gehören:

· Tastatur – ein Gerät zur manuellen Eingabe von Zahlen, Text und Steuerinformationen in einen PC;
· Grafiktabletts (Digitalisierer) – zur manuellen Eingabe grafischer Informationen und Bilder durch Bewegen eines speziellen Zeigers (Stifts) über das Tablett; Wenn Sie den Stift bewegen, werden die Koordinaten seines Standorts automatisch gelesen und diese Koordinaten in den PC eingegeben;
· Scanner (Lesegeräte) – zum automatischen Lesen von Papiermedien und zum Eingeben von maschinengeschriebenen Texten, Grafiken, Bildern, Zeichnungen in einen PC; im Scanner-Codiergerät werden im Textmodus gelesene Zeichen nach Vergleich mit Referenzkonturen durch spezielle Programme in ASCII-Codes umgewandelt und im Grafikmodus werden gelesene Grafiken und Zeichnungen in Folgen zweidimensionaler Koordinaten umgewandelt;
· Manipulatoren (Zeigegeräte): Joystick – Hebel, Maus, Trackball – Kugel in einem Rahmen, Lichtstift usw. – zur Eingabe grafischer Informationen auf dem Bildschirm durch Steuerung der Bewegung des Cursors über den Bildschirm und anschließende Codierung des Cursors Koordinaten und deren Eingabe in den PC;
· Touchscreen- zur Eingabe einzelner Bildelemente, Programme oder Befehle aus einer Splitscreen-Anzeige in einen PC.

Zu den Informationsausgabegeräten gehören:

· Drucker – Druckgeräte zum Aufzeichnen von Informationen auf Papier;
· Plotter (Plotter) – zur Ausgabe grafischer Informationen (Grafiken, Zeichnungen, Zeichnungen) von einem PC auf Papier; Es gibt Vektorplotter zum Zeichnen von Bildern mit einem Stift und Rasterplotter: thermografische, elektrostatische, Tintenstrahl- und Laserplotter. Konstruktionsbedingt werden Plotter in Flachbett- und Trommelplotter unterteilt. Die Hauptmerkmale aller Plotter sind ungefähr gleich: Plotgeschwindigkeit - 100 - 1000 mm/s, beste Modelle Farbbilder und Halbtonwiedergabe sind möglich; Laserplotter bieten die höchste Auflösung und Bildschärfe, sind aber auch am teuersten.

Kommunikations- und Telekommunikationsgeräte dienen zur Kommunikation mit Instrumenten und anderen Automatisierungsgeräten (Schnittstellenadapter, Adapter, Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandler usw.) und zum Anschluss eines PCs an Kommunikationskanäle, an andere Computer und Computer Netzwerke (Netzwerkschnittstellenkarten, „Joints“, Datenübertragungsmultiplexer, Modems).

Insbesondere der Netzwerkadapter ist externe Schnittstelle PC und dient dazu, ihn an einen Kommunikationskanal zum Austausch von Informationen mit anderen Computern anzuschließen und als Teil davon zu arbeiten Computernetzwerk. IN globale Netzwerke Funktionen Netzwerkadapter Führt einen Modulator-Demodulator (Modem) durch.

Viele der oben genannten Geräte gehören zu einer bedingt ausgewählten Gruppe – Multimedia.

Multimedia(Multimedia – „Multimedia“) ist eine Reihe von Hardware und Software, die es einer Person ermöglicht, mit einem Computer über eine Vielzahl natürlicher Medien zu kommunizieren: Ton, Video, Grafiken, Texte, Animationen usw.

Zu den Multimedia-Mitteln zählen Geräte zur Spracheingabe und -ausgabe von Informationen: Scanner, die bereits weit verbreitet sind (da sie die automatische Eingabe gedruckter Texte und Zeichnungen in einen Computer ermöglichen); hochwertige Video- (Video-) und Sound- (Sound-)Karten, Videoaufnahmekarten (Videograbber), die Bilder von einem Videorecorder oder einer Videokamera aufnehmen und in einen PC eingeben; hochwertige Akustik- und Videowiedergabesysteme mit Verstärkern, Tonlautsprechern und großen Videobildschirmen. Aber vielleicht mit noch größerer Berechtigung werden externe Speichergeräte als Multimedia eingestuft. grosse Kapazität auf optischen Datenträgern, die häufig zum Aufzeichnen von Audio- und Videoinformationen verwendet werden.

Die Kosten für Compact Disks (CDs) sind bei Massenproduktion niedrig, und angesichts ihrer großen Kapazität (650 MB und neue Typen - 1 GB und mehr), ihrer hohen Zuverlässigkeit und Haltbarkeit sind die Kosten für die Speicherung von Informationen auf CDs für den Benutzer höher unvergleichlich niedriger als bei magnetischen Festplatten. Dies hat bereits dazu geführt, dass die meiste Software für verschiedene Zwecke auf CD geliefert wird. Umfangreiche Datenbanken und ganze Bibliotheken sind im Ausland auf CDs organisiert; Die CD enthält Wörterbücher, Nachschlagewerke und Enzyklopädien; Aus- und Weiterbildungsprogramme in der Allgemeinbildung und in Spezialfächern.

CDs werden beispielsweise häufig beim Lernen verwendet Fremdsprachen, Verkehrsregeln, Rechnungswesen, Gesetzgebung im Allgemeinen und Steuergesetzgebung im Besonderen. Und das alles wird begleitet von Texten und Zeichnungen, Sprachinformationen und Animationen, Musik und Video. Im rein häuslichen Bereich können CDs zum Speichern von Audio- und Videoaufzeichnungen verwendet werden, d. h. Verwenden Sie anstelle des Players Audiokassetten und Videokassetten. Erwähnenswert ist natürlich die große Anzahl an Programmen Computerspiele, auf CD gespeichert.

Somit bietet die CD-ROM Zugriff auf riesige Informationsmengen, die auf CDs aufgezeichnet sind, die sich sowohl hinsichtlich der Funktionalität als auch der Wiedergabeumgebung unterscheiden.

Zusätzliche Schemata. Neben standardmäßigen externen Geräten sind auch einige Zusatzplatinen mit dabei integrierte Schaltkreise, erweitern und verbessern Funktionalität Mikroprozessor: mathematischer Coprozessor, Direktspeicherzugriffscontroller, Eingabe-/Ausgabe-Coprozessor, Interrupt-Controller usw.

Der mathematische Coprozessor wird häufig verwendet, um die Ausführung von Operationen zu beschleunigen Binärzahlen Gleitkomma, über binär kodiert Dezimal Zahlen, zur Berechnung einiger transzendenter, einschließlich trigonometrischer Funktionen. Der mathematische Coprozessor verfügt über ein eigenes Befehlssystem und arbeitet parallel (zeitlich überlappend) mit dem Haupt-MP, jedoch unter dessen Kontrolle. Der Betrieb wird um das Zehnfache beschleunigt. MP-Modelle, beginnend mit dem MP 80486 DX, enthalten einen Coprozessor in ihrer Struktur.

Der DMA-Controller befreit den MP von der direkten Steuerung von Magnetplattenlaufwerken, was die effektive Leistung des PCs deutlich erhöht. Ohne diesen Controller erfolgt der Datenaustausch zwischen VSD und RAM über das MP-Register, und falls vorhanden, werden die Daten unter Umgehung des MP direkt zwischen VSD und RAM übertragen

Der I/O-Coprozessor beschleunigt aufgrund des Parallelbetriebs mit dem MP die Ausführung von I/O-Vorgängen bei der Bedienung mehrerer externer Geräte (Display, Drucker, HDD-Festplatte usw.) erheblich: Er befreit den MP von der Verarbeitung von I/O-Vorgängen , einschließlich der Implementierung eines Direktmodus-Speicherzugriffs.

Der Interrupt-Controller spielt in einem PC eine entscheidende Rolle.

Unterbrechen- vorübergehende Unterbrechung der Ausführung eines Programms zum Zweck der sofortigen Ausführung eines anderen, in dieser Moment wichtigeres (vorrangiges) Programm.

Bei laufendem Computer kommt es ständig zu Unterbrechungen. Es genügt zu sagen, dass alle Informationseingabe-/-ausgabevorgänge mithilfe von Interrupts durchgeführt werden. Beispielsweise treten Timer-Interrupts auf und werden vom Interrupt-Controller 18 Mal pro Sekunde bedient (der Benutzer bemerkt sie natürlich nicht).

Der Interrupt-Controller bedient Interrupt-Prozeduren, empfängt eine Interrupt-Anfrage von externen Geräten, bestimmt die Prioritätsstufe dieser Anfrage und gibt ein Interrupt-Signal an den MP aus. Nachdem der MP dieses Signal empfangen hat, unterbricht er die Ausführung des aktuellen Programms und fährt mit der Ausführung fort Sonderprogramm Dienst des Interrupts, der vom externen Gerät angefordert wurde. Nach Abschluss des Wartungsprogramms wird das unterbrochene Programm wieder aufgenommen. Der Interrupt-Controller ist programmierbar.

3. Vortrag. Architektur moderner Hochleistungsrechner. Funktionsstruktur eines Computers. Grundlegende Bedienkonzepte. Computer Software. Grundlagen der Algorithmisierung.

1. Eingabegerät
2. Speicherblock
3. Arithmetik-Logikeinheit
4. Ausgabeblock
5. Steuerblock
Grundlegende Bedienkonzepte
Busstruktur
Software
1. Phasen der Vorbereitung und Lösung von Problemen am Computer
2. Algorithmen und Methoden zu ihrer Beschreibung

Funktionsstruktur eines Computers

Wie aus Abb. 3.1 besteht der Computer aus fünf wesentlichen, funktionell unabhängigen Teilen:

Eingabegerät,

Speichergerät,

Arithmetik-Logikeinheit,

Ausgabegerät und

Kontrollgerät.

Das Eingabegerät empfängt verschlüsselte Informationen über digitale Kommunikationsleitungen von Bedienern, elektromechanischen Geräten wie Tastaturen oder von anderen Computern im Netzwerk. Die erhaltenen Informationen werden entweder zur späteren Verwendung im Speicher des Computers gespeichert oder sofort von arithmetischen und logischen Schaltkreisen verwendet, um die erforderlichen Operationen auszuführen. Die Reihenfolge der Verarbeitungsschritte wird durch das im Speicher abgelegte Programm bestimmt. Die ermittelten Ergebnisse werden über ein Ausgabegerät an die Außenwelt zurückgesendet. Alle diese Aktionen werden von der Steuereinheit koordiniert. In Abb. 3.1. Verbindungen zwischen Funktionsgeräten werden bewusst nicht dargestellt. Dies liegt daran, dass solche Verbindungen auf unterschiedliche Weise realisiert werden können. Wie genau, werden Sie etwas später verstehen. Die arithmetischen und logischen Schaltkreise zusammen mit den Hauptsteuerschaltkreisen werden als Prozessor bezeichnet, und die gesamte Eingabe- und Ausgabeausrüstung zusammen wird oft als Eingabe-Ausgabe-Einheit bezeichnet.

Kommen wir nun zu computerverarbeiteten Informationen. Es ist zweckmäßig, es in zwei Hauptkategorien zu unterteilen: Befehle und Daten. Bei Befehlen oder Maschinenanweisungen handelt es sich um explizit gegebene Anweisungen, die:

Sie steuern die Informationsübertragung innerhalb des Computers sowie zwischen dem Computer und seinen Eingabe-/Ausgabegeräten;

Bestimmen Sie die auszuführenden arithmetischen und logischen Operationen.

Eine Liste von Befehlen, die eine Aufgabe ausführen, wird als Programm bezeichnet. Normalerweise werden Programme im Speicher gespeichert. Der Prozessor ruft abwechselnd Programmanweisungen aus dem Speicher ab und implementiert die von ihnen definierten Operationen. Der Computer wird vollständig durch ein gespeichertes Programm gesteuert , mit Ausnahme der Möglichkeit eines externen Eingriffs durch den Bediener und an die Maschine angeschlossene Ein-/Ausgabegeräte.

Daten sind Zahlen und kodierte Zeichen, die als Operanden von Anweisungen verwendet werden. Der Begriff „Daten“ wird jedoch häufig für alle digitalen Informationen verwendet. Nach dieser Definition kann auch das Programm selbst (also die Liste der Anweisungen) als Daten betrachtet werden, wenn es von einem anderen Programm verarbeitet wird. Ein Beispiel für die Verarbeitung eines anderen Programms durch ein Programm ist die Kompilierung eines in einer Hochsprache geschriebenen Quellprogramms in eine Liste von Maschinenanweisungen, aus denen ein Programm besteht Maschinensprache, das als Objektprogramm bezeichnet wird. Das Quellprogramm wird in den Compiler eingegeben, der es in ein Maschinensprachenprogramm übersetzt.

Reis. 3.1. Grundlegende Funktionsgeräte eines Computers

Informationen, die von einem Computer verarbeitet werden sollen, müssen in einem für den Computer geeigneten Format kodiert sein. Die meiste moderne Hardware basiert auf digitalen Schaltkreisen, die nur zwei stabile Zustände haben, EIN und AUS (siehe Vorlesung 2). Die Codierung wandelt jede Zahl, jedes Symbol oder jede Anweisung in eine Folge binärer Ziffern um, die als Bits bezeichnet werden und von denen jede einen von zwei möglichen Werten hat: 0 oder 1. Zur Darstellung von Zahlen (wie Sie in Kapitel 4 sehen werden) ist die binäre Positionsnotation erforderlich häufig verwendet. Manchmal wird das BCD-Format (Binary-Coded Decimal) verwendet, bei dem jede Dezimalstelle separat mit vier Bits codiert wird.

Auch Buchstaben und Zahlen werden durch Binärcodes dargestellt. Für sie wurden mehrere entwickelt verschiedene Schemata Codierung. Die gebräuchlichsten Schemata sind ASCII (American Standard Code for Information Interchange), bei dem jedes Zeichen durch einen 7-Bit-Code dargestellt wird, und EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), bei dem 8 Bits zum Codieren eines Zeichens verwendet werden.

3.1.1. Eingabegerät

Der Computer empfängt verschlüsselte Informationen über ein Eingabegerät, dessen Aufgabe es ist, die Daten zu lesen. Das gebräuchlichste Eingabegerät ist die Tastatur. Wenn der Benutzer eine Taste drückt, wird der entsprechende Buchstabe oder die entsprechende Zahl automatisch in einen bestimmten Binärcode umgewandelt und per Kabel entweder an den Speicher oder den Prozessor gesendet.

Es gibt eine Reihe weiterer Eingabegeräte, darunter Joysticks, Trackballs und Mäuse. Sie dienen in Verbindung mit dem Display als grafische Eingabegeräte. Zur Toneingabe können Mikrofone verwendet werden. Die von ihnen wahrgenommenen Schallschwingungen werden gemessen und zur Speicherung und Verarbeitung in digitale Codes umgewandelt.

3.1.2. Speicherblock

Der Zweck des Speicherblocks besteht darin, Programme und Daten zu speichern. Es gibt zwei Klassen von Speichergeräten, nämlich primäre und sekundäre. Primärspeicher ist ein Speicher, dessen Leistung durch die Geschwindigkeit elektronischer Schaltkreise bestimmt wird. Während das Programm ausgeführt wird, muss es im Primärspeicher gespeichert werden. Dieser Speicher besteht aus einer Vielzahl von Halbleiterzellen, die jeweils ein Bit an Information speichern können. Zellen werden selten einzeln gelesen – sie werden normalerweise in Gruppen fester Größe verarbeitet, die als Wörter bezeichnet werden. Der Speicher ist so organisiert, dass der Inhalt eines einzelnen Worts mit n Bits in einer Grundoperation geschrieben oder gelesen werden kann.

Um den Zugriff auf Wörter im Speicher zu erleichtern, wird jedem Wort eine separate Adresse zugeordnet. Adressen sind Zahlen, die bestimmte Speicherorte von Wörtern identifizieren. Um ein Wort aus dem Speicher zu lesen oder in einen zu schreiben, müssen Sie seine Adresse angeben und einen Steuerbefehl angeben, der die entsprechende Operation startet.

Die Anzahl der Bits in jedem Wort wird oft als Maschinenwortlänge bezeichnet. Typischerweise ist ein Wort zwischen 16 und 64 Bit lang. Einer der Faktoren, die die Klasse eines Computers charakterisieren, ist seine Speicherkapazität. Kleine Maschinen können typischerweise nur einige zehn Millionen Wörter speichern, während mittlere und große Maschinen typischerweise Hunderte Millionen bis Milliarden Wörter speichern können. Typische Einheiten zur Messung der Datenmenge, die eine Maschine verarbeiten kann, sind ein Wort, mehrere Wörter oder ein Teil eines Wortes. Normalerweise wird bei einem einzelnen Speicherzugriff nur ein Wort gelesen oder geschrieben.

Das Programm muss während der Ausführung im Speicher bleiben. Anweisungen und Daten müssen unter der Kontrolle des Prozessors in den Speicher geschrieben und aus diesem gelesen werden. Die Fähigkeit, extrem schnell auf jedes Wort im Gedächtnis zuzugreifen, ist äußerst wichtig. Speicher, auf den in kurzer und fester Zeit auf jeden Punkt zugegriffen werden kann, wird als Direktzugriffsspeicher (Random-Access Memory, RAM) bezeichnet. Die für den Zugriff auf ein Wort erforderliche Zeit wird als Speicherzugriffszeit bezeichnet. Diese Zeit ist immer gleich, egal wo sich das gewünschte Wort befindet. Die Speicherzugriffszeiten in modernen RAM-Geräten liegen zwischen einigen Nanosekunden und 100. Computerspeicher ist normalerweise eine hierarchische Struktur, die aus drei oder vier Ebenen von Halbleiter-RAM-Elementen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und unterschiedlichen Größen besteht. Der schnellste RAM-Speichertyp ist der Cache-Speicher (oder einfach Cache). Es ist direkt mit dem Prozessor verbunden und befindet sich oft auf demselben integrierten Chip, wodurch der Prozessor deutlich schneller wird. Speicher mit größerer Kapazität, aber langsamer wird Hauptspeicher genannt. Später in dieser Vorlesung wird der Prozess des Zugriffs auf Informationen im Speicher detaillierter beschrieben, und später werden wir uns ausführlicher mit den Funktionsprinzipien und Leistungsproblemen befassen.

Primärspeichergeräte sind äußerst wichtige Komponenten für einen Computer, aber sie sind recht teuer. Daher sind Computer mit zusätzlichen, kostengünstigeren Sekundärspeichergeräten ausgestattet, auf denen große Datenmengen und eine Vielzahl von Programmen gespeichert werden können. Derzeit gibt es eine ganze Reihe solcher Geräte. Am weitesten verbreitet sind jedoch Magnetplatten, Magnetbänder und optische Datenträger (CD-ROM).

3.1.3. Arithmetik-Logikeinheit

Die meisten Computeroperationen werden in der Arithmetik-Logik-Einheit (ALU) des Prozessors ausgeführt. Schauen wir uns ein typisches Beispiel an. Angenommen, wir müssen zwei Zahlen im Speicher addieren. Diese Zahlen werden an den Prozessor gesendet, wo die ALU ihre Addition durchführt. Die resultierende Menge kann im Speicher gespeichert oder zur sofortigen Verwendung im Prozessor belassen werden.

Jede andere arithmetische oder logische Operation, einschließlich Multiplikation, Division und Vergleich von Zahlen, beginnt mit dem Senden dieser Zahlen an den Prozessor, wo die ALU die entsprechende Operation ausführen muss. Wenn Operanden an den Prozessor übertragen werden, werden sie in Hochgeschwindigkeitsspeicherelementen, sogenannten Registern, gespeichert. Jedes Register kann ein Datenwort speichern. Die Zugriffszeit auf Prozessorregister ist sogar kürzer als die Zugriffszeit auf den schnellsten Cache-Speicher.

Die Steuer- und Rechengeräte arbeiten um ein Vielfaches schneller als alle anderen angeschlossenen Geräte Computersystem. Dadurch kann ein einzelner Prozessor viele externe Geräte wie Tastaturen, Displays, magnetische und optische Datenträger, Sensoren und mechanische Steuerungen steuern.

3.1.4. Ausgabeblock

Die Funktion des Ausgabeblocks ist der des Eingabeblocks entgegengesetzt: Er sendet die Ergebnisse der Verarbeitung an die sogenannte Außenwelt. Ein typisches Beispiel für ein Ausgabegerät ist ein Drucker. Zum Drucken verwenden Drucker Schlagwerke, Tintenstrahlköpfe oder Fotokopiertechnologien, wie z Laserdrucker. Es gibt Drucker, die bis zu 10.000 Zeilen pro Minute drucken können. Das ist eine enorme Geschwindigkeit für ein mechanisches Gerät, aber im Vergleich zur Geschwindigkeit des Prozessors ist sie vernachlässigbar.

Einige Geräte, insbesondere Grafikdisplays, übernehmen sowohl Ausgabe- als auch Eingabefunktionen. Deshalb werden sie Ein-/Ausgabegeräte genannt.

3.1.5. Steuerblock

Speicher, Arithmetik und Logik sowie Eingabe- und Ausgabegeräte speichern und verarbeiten Informationen und führen auch Eingabe- und Ausgabeoperationen durch. Der Betrieb solcher Geräte muss irgendwie koordiniert werden. Genau das macht das Steuergerät. Dies ist sozusagen das Nervenzentrum des Computers, das Steuersignale an andere Geräte übermittelt und deren Status überwacht.

E/A-Vorgänge werden durch Programmbefehle gesteuert, die die entsprechenden E/A-Geräte und die übertragenen Daten identifizieren. Die eigentlichen Zeitsignale, die die Weiterleitung steuern, werden jedoch von den Steuerschaltungen erzeugt. Zeitsignale sind Signale, die bestimmen, wann eine bestimmte Aktion ausgeführt werden soll. Darüber hinaus werden Daten zwischen Prozessor und Speicher durch von der Steuereinheit erzeugte Synchronisierungssignale übertragen. Die Steuereinheit kann als separates Gerät betrachtet werden, das mit anderen Teilen der Maschine interagiert. In der Praxis kommt dies jedoch selten vor. Die meisten Steuerschaltkreise sind physisch an verschiedenen Stellen im Computer verteilt. Die Signale zur Synchronisierung der Ereignisse und Aktionen aller Geräte werden über mehrere Steuerleitungen (Drähte) übertragen. Im Allgemeinen lässt sich die Funktionsweise eines Computers wie folgt beschreiben:

Der Computer empfängt über eine Eingabeeinheit Informationen in Form von Programmen und Daten und schreibt sie in den Speicher.
Die im Speicher abgelegten Informationen werden programmgesteuert an die arithmetisch-logische Einheit zur weiteren Verarbeitung gesendet.
Die durch die Informationsverarbeitung gewonnenen Daten werden an Ausgabegeräte gesendet.
Die Steuereinheit ist für alle Aktionen verantwortlich, die innerhalb der Maschine ausgeführt werden.

3.2. Grundlegende Bedienkonzepte

Wie in Abschnitt 3.1 erläutert, steuern Anweisungen, was ein Computer tut. Um eine bestimmte Aufgabe auszuführen, wird ein entsprechendes Programm, bestehend aus vielen Befehlen, in den Speicher geschrieben. Befehle werden einzeln vom Speicher an den Prozessor gesendet, der sie ausführt. Daten, die als Befehlsoperanden verwendet werden, werden ebenfalls im Speicher gespeichert. Hier ist ein Beispiel für einen typischen Befehl:

Dieser Befehl addiert den im Speicher an der Adresse LOCA gespeicherten Operanden mit dem im R0-Register des Prozessors gespeicherten Operanden und platziert das Ergebnis im selben Register. Der ursprüngliche Inhalt des Speichers an der Adresse LOCA wird nicht verändert, der Inhalt des R0-Registers wird jedoch überschrieben. Dieser Befehl wird in mehreren Schritten ausgeführt. Zunächst wird es vom Speicher an den Prozessor gesendet. Der Befehlsoperand wird dann aus dem Speicher an der Adresse LOCA gelesen und zum Inhalt des R0-Registers addiert, woraufhin die resultierende Summe in das R0-Register geschrieben wird.

Der hier beschriebene Add-Befehl kombiniert zwei Operationen: einen Speicherzugriff und eine ALU-Operation. In vielen modernen Computern werden diese beiden Arten von Operationen mit separaten Befehlen ausgeführt. Diese Aufteilung basiert auf Leistungsüberlegungen, auf die wir im Folgenden eingehen werden. Der obige Befehl kann auch als zwei Befehle implementiert werden:

1) Laden Sie R3,LOCA für Intel-Architektur (IA-32): mov bx,loca

Addiere R0,R3 und füge ax,bx hinzu

Der erste dieser Befehle kopiert den Speicherinhalt an der Adresse LOCA in das Prozessorregister R1, und der zweite Befehl addiert den Inhalt der Register R1 und R0 und legt die Summe im Register R0 ab. Beachten Sie, dass durch die Ausführung der beiden Befehle der ursprüngliche Inhalt beider Register zerstört wird, der Inhalt des Speichers an der Adresse LOCA jedoch erhalten bleibt.

Die Übertragung von Daten zwischen Speicher und Prozessor beginnt mit dem Senden der Adresse des Worts, auf das zugegriffen werden soll, an das Speichergerät und der Ausgabe der entsprechenden Steuersignale. Die Daten werden dann zum oder vom Speicher übertragen.

In Abb. Abbildung 3.2 zeigt, wie Speicher und Prozessor miteinander verbunden sind. Darüber hinaus verdeutlicht die Abbildung einige wichtige Merkmale des Prozessors, die wir noch nicht besprochen haben. Die tatsächlichen Verbindungen dieser Komponenten werden nicht dargestellt, da wir vorerst nur auf ihre funktionalen Eigenschaften eingehen. Der Anschluss von Komponenten wird im Abschnitt 8 bei der Betrachtung des Prozessordesigns näher beschrieben.

Zusätzlich zur ALU und den Steuerschaltungen enthält der Prozessor viele Register, die für unterschiedliche Zwecke bestimmt sind. Das Befehlsregister (IR) enthält den Code des aktuell ausgeführten Befehls. Das Ergebnis steht Steuerschaltungen zur Verfügung, die Signale zur Steuerung der verschiedenen an der Ausführung des Befehls beteiligten Elemente erzeugen. Ein weiteres Spezialregister namens Program Counter (PC) dient zur Überwachung des Fortschritts der Programmausführung. Es enthält die Adresse des nächsten Befehls, der abgerufen und ausgeführt werden soll. Während der nächste Befehl ausgeführt wird, wird der Inhalt des PC-Registers aktualisiert – die Adresse des nächsten Befehls wird dorthin geschrieben. Das PC-Register soll auf den aus dem Speicher abzurufenden Befehl verweisen. Zusätzlich zu den IR- und PC-Registern in Abb. Abbildung 3.2 zeigt n Allzweckregister von R0 bis R„-i. Warum sie benötigt werden, wird in Kapitel 2 erläutert.

Schließlich sorgen zwei weitere Register für die Speicherinteraktion. Dies sind das Adressregister (Memory Address Register, MAR) und das Datenregister (Memory Data Register, MDR). Das MAR-Register enthält die Adresse, unter der auf den Speicher zugegriffen wird, und das MDR-Register enthält die Daten, die an dieser Adresse in den Speicher geschrieben oder aus dem Speicher gelesen werden müssen.

Betrachten wir einen typischen Prozess der Ausführung eines Programms auf einem Computer. Das Programm befindet sich im Speicher, wohin es normalerweise über ein Eingabegerät gelangt. Seine Ausführung beginnt mit dem Schreiben der Adresse des ersten Befehls in das PC-Register. Der Inhalt dieses Registers wird in das MAR-Register übertragen und das Lesesteuersignal wird an den Speicher gesendet. Wenn die Speicherzugriffszeit abgelaufen ist, wird das adressierte Wort (in diesem Fall der erste Programmbefehl) aus dem Speicher gelesen und in das MDR-Register geladen. Der Inhalt des MDR-Registers wird dann in das IR-Register übertragen. Der Befehl kann nun dekodiert und ausgeführt werden.

Wenn eine Anweisung erfordert, dass die ALU eine bestimmte Operation ausführt, müssen Operanden dafür abgerufen werden. Ein im Speicher befindlicher Operand (er kann sich auch in einem Allzweckregister befinden) muss zunächst daraus abgerufen werden, indem seine Adresse an das MAR-Register gesendet und die Leseschleife initialisiert wird. Nach der Übertragung vom Speicher in das MDR-Register wird der Operand an die ALU gesendet. Auf die gleiche Weise werden die restlichen vom Befehl benötigten Operanden dorthin übertragen, woraufhin die ALU die erforderliche Operation ausführen kann. Wenn das Ergebnis im Speicher gespeichert werden soll, wird es in das MDR-Register geschrieben. Die Adresse, an der sie in den Speicher geschrieben werden muss, wird dann im MAR-Register abgelegt, woraufhin die Schreibschleife eingeleitet wird. Irgendwann während der Ausführung des aktuellen Befehls wird der Inhalt des PC-Registers inkrementiert und es beginnt, auf den nächsten auszuführenden Befehl zu verweisen. Mit anderen Worten: Sobald die Ausführung des aktuellen Befehls abgeschlossen ist, kann der nächste Befehl abgerufen werden.

Reis. 3.2. Verbindungen zwischen Prozessor und Speicher

Der Computer überträgt nicht nur Daten zwischen Speicher und Prozessor, sondern empfängt sie auch von Eingabegeräten und sendet sie auch an Ausgabegeräte. Daher gibt es unter den Maschinenanweisungen auch Anweisungen zur Durchführung von I/O-Operationen.

Wenn ein bestimmtes Gerät dringend gewartet werden muss (z. B. wenn ein Überwachungsgerät in einem automatisierten Industrieprozess eine gefährliche Situation erkennt), kann die normale Ausführung des Programms unterbrochen werden. Um auf diese Situation sofort reagieren zu können, muss der Computer das laufende Programm unterbrechen. Zu diesem Zweck erzeugt das Gerät ein Interrupt-Signal. Ein Interrupt ist eine Anforderung eines E/A-Geräts, ihm Prozessorzeit zur Verfügung zu stellen. Um dieses Gerät zu warten, führt der Prozessor die entsprechende Interrupt-Routine aus. Und da seine Ausführung den internen Zustand des Prozessors ändern kann, müssen Sie vor der Bearbeitung des Interrupts seinen Zustand im Speicher speichern. Normalerweise speichert dieser Vorgang den Inhalt des PC-Registers, der Allzweckregister und einige Steuerinformationen. Nach Abschluss des Interrupt-Verarbeitungsprogramms wird der Prozessorzustand wiederhergestellt und das unterbrochene Programm setzt seine Arbeit fort. Der Prozessor mit all seinen Elementen (Abb. 3.2) wird üblicherweise als einzelner Chip implementiert, auf dem sich mindestens ein Cache-Speichergerät befindet. Solche Chips werden VLSI genannt (VLSI ist eine Abkürzung für Very Large Scale Integration, was übersetzt „Very Large Scale Integration“ bedeutet).

Einführung

Einer der wichtigsten Faktoren des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts ist die weit verbreitete Automatisierung und Computerisierung der Produktion. Fast jedes Unternehmen oder jede Institution verfügt über ein mit Computern ausgestattetes Rechenzentrum.

Diesbezüglich ist es sehr wichtig, dies zu tun richtige Wahl beim Kauf eines Personal Computers (PC). Die fundierte Wahl eines PCs ist eines der Probleme aller Computerbenutzer. Es gibt mehrere Möglichkeiten, es zu lösen:

Gewinnung unabhängiger Spezialisten – Experten;

Nutzung Ihres eigenen Wissens, erworbener Erfahrung, Intuition;

Berücksichtigung der in wissenschaftlicher und Werbeliteratur gewonnenen Informationen.

Daher als theoretischer Teil davon Kursarbeit Es wurde ein meiner Meinung nach sehr relevantes Thema gewählt: „Funktionale und strukturelle Organisation eines Computers.“

Der theoretische Teil dieser Arbeit besteht aus folgenden Punkten:

1. Einleitung; 2. Strukturelle Organisation von PC; 3.Funktionale Organisation des PCs; 4. Fazit.

Im praktischen Teil der Arbeit, bei der Erstellung eines Berichts über die Umsetzung einer Lösung eines wirtschaftlichen Problems am PC, sollten Sie sich an folgendem Plan orientieren: 1. allgemeine Charakteristiken Aufgaben; 2. Auswahl eines Anwendungspakets (APP); 3. Gestaltung von Ausgabeformularen und grafische Darstellung Daten zur ausgewählten Aufgabe; 4. Ergebnisse der Testfallausführung; 5. Benutzerhinweise.

Zur Durchführung und Dokumentation der Arbeiten wurden folgende PPPs eingesetzt: Microsoft Word, Access, Excel.

Diese Arbeit wurde auf einem PC mit Mikroprozessor durchgeführt AMD Athlon XP 1500+, 512 MB DDR-RAM.

Theoretischer Teil

Strukturelle Organisation von PC

Ein Personalcomputer enthält viele elektronische Elemente, die zu größeren Komponenten zusammengefasst sind – Modulen, Knoten, Schaltkreisen, Schaltkreisen, Blöcken usw. Wenn aus dieser Vielzahl elektronischer Komponenten mindestens eines entfernt wird, funktioniert das gesamte Informations- und Computersystem nicht mehr.

Der PC ist ein universelles Mikroprozessorsystem, das sowohl im Stand-Alone-Betrieb als auch in Netzwerken eingesetzt werden kann und den Anforderungen eines universellen Einsatzes gerecht wird.

Es gibt eine große Anzahl an PC-Modellen. Sie sind in 2 Gruppen unterteilt:

a) IBM-Computer – kompatibel;

b) Computer Apfel.

Das Herzstück des Computers ist der Mikroprozessor (MP) – die zentrale Einheit des Computers, die dazu dient, den Betrieb aller anderen Blöcke der Maschine zu steuern und arithmetische und logische Operationen an Daten durchzuführen. MP ist ein funktionell vollständiges, softwaregesteuertes Informationsverarbeitungsgerät. Es besteht aus einem oder mehreren hoch- oder sehr hochintegrierten Schaltkreisen. Der MP umfasst:

Steuergerät – steuert den Betrieb aller Maschinenblöcke;

arithmetisch-logische Einheit – alle arithmetischen und logischen Operationen an Daten werden ausgeführt;

Mikroprozessorspeicher – ausgelegt für die kurzfristige Speicherung, Aufzeichnung und Ausgabe von Informationen, die direkt in Berechnungen in den nächsten Maschinenbetriebszyklen verwendet werden;

Mikroprozessor-Schnittstellensystem – ermöglicht die Verbindung und Kommunikation mit anderen Computergeräten. Eine Schnittstelle ist eine Reihe von Mitteln zum Verbinden und Kommunizieren von Computergeräten, um deren effektive Interaktion sicherzustellen.

Trotz der großen Vielfalt Computertechnologie und seiner ungewöhnlich schnellen Verbesserung bleiben die Grundprinzipien des Maschinendesigns weitgehend unverändert. Insbesondere besteht jeder Personalcomputer ab der allerersten Generation aus den folgenden Hauptgeräten: Prozessor, Speicher (intern und extern) sowie Ein- und Ausgabegeräten. Schauen wir uns den Zweck jedes einzelnen genauer an.

Der Prozessor ist das Hauptgerät des Computers

Der Prozessor ist das Hauptgerät des Computers, in dem tatsächlich alle Arten von Informationen verarbeitet werden. Eine weitere wichtige Funktion des Prozessors besteht darin, die koordinierte Aktion aller Knoten sicherzustellen, aus denen der Computer besteht. Demnach sind die wichtigsten Teile des Prozessors die arithmetisch-logische Einheit ALU und die Steuereinheit CU.

Jeder Prozessor ist in der Lage, einen ganz bestimmten Satz universeller Anweisungen auszuführen, die meist als Maschinenanweisungen bezeichnet werden. Was genau dieser Satz ist, hängt vom Design eines bestimmten Prozessors ab, er ist jedoch nicht sehr groß und für verschiedene Prozessoren grundsätzlich ähnlich. Die Arbeit eines Personalcomputers besteht in der Ausführung einer Folge solcher Befehle, die in Form eines Programms vorbereitet sind. Der Prozessor ist in der Lage, das Lesen des nächsten Befehls, seine Analyse und Ausführung zu organisieren und bei Bedarf auch Daten zu empfangen oder die Ergebnisse ihrer Verarbeitung an das gewünschte Gerät zu senden. Der Prozessor selbst muss auch entscheiden, welche Programmanweisung als nächstes ausgeführt werden soll, und das Ergebnis dieser Wahl kann oft von den Informationen abhängen, die gerade verarbeitet werden.

Obwohl es im Inneren des Prozessors immer spezielle Zellen (Register) für die betriebliche Speicherung der verarbeiteten Daten und einiger Serviceinformationen gibt, wird bewusst kein Platz für die Programmspeicherung bereitgestellt. Ein weiteres Gerät, das in einem Computer für diesen wichtigen Zweck verwendet wird, ist der Speicher. Betrachten wir nur die wichtigsten Arten von Computerspeichern, da das Sortiment ständig erweitert und durch immer neue Typen ergänzt wird.

Speicher ist im Allgemeinen darauf ausgelegt, sowohl Daten als auch Programme zu ihrer Verarbeitung zu speichern: Nach dem grundlegenden von Neumann-Prinzip wird ein einziges Gerät für beide Arten von Informationen verwendet.

Computerspeicher

Schon bei den ersten Personalcomputern wurde der Speicher sofort in interne und externe Speicher unterteilt. In der Vergangenheit wurde dies tatsächlich mit der Platzierung innerhalb oder außerhalb des Prozessorgehäuses in Verbindung gebracht. Mit abnehmender Größe der Maschinen konnten jedoch immer mehr Geräte im Gehäuse des Hauptprozessors untergebracht werden, und die ursprüngliche direkte Bedeutung dieser Unterteilung ging nach und nach verloren. Die Terminologie ist jedoch erhalten geblieben.

Innere Erinnerung

Unter dem internen Speicher eines modernen Computers versteht man üblicherweise einen elektronischen Hochgeschwindigkeitsspeicher, der sich auf der Hauptplatine befindet. Heutzutage werden solche Speicher auf der Grundlage der modernsten Halbleitertechnologien hergestellt (die zuvor verwendet wurden). magnetische Geräte basierend auf Ferritkernen - ein weiterer Beweis dafür, dass bestimmte physikalische Prinzipien keine Rolle spielen). Der wesentlichste Teil interner Speicher genannt RAM – Direktzugriffsspeicher. Sein Hauptzweck besteht darin, Daten und Programme für aktuell zu lösende Probleme zu speichern. Wahrscheinlich weiß jeder Benutzer, dass beim Ausschalten der Stromversorgung der Inhalt des RAM vollständig verloren geht. Der interne Speicher eines modernen Computers umfasst neben RAM auch einige andere Speichertypen. Wir erwähnen hier nur den Nur-Lese-Speicher (ROM), der insbesondere die Informationen speichert, die für den ersten Start des Computers beim Einschalten erforderlich sind. Wie aus dem Namen hervorgeht, hängen die Informationen im ROM nicht vom Zustand des Computers ab (zum besseren Verständnis können Sie auf eine Analogie zwischen den Informationen im ROM und „angeborenen“ unbedingten Reflexen in Lebewesen hinweisen). Früher wurde der Inhalt des ROM ein für alle Mal im Werk erstellt, doch moderne Technologien ermöglichen es heute, ihn bei Bedarf zu aktualisieren, ohne ihn überhaupt von der Computerplatine zu entfernen.

Externer Speicher

Externer Speicher wird in Form einer Vielzahl von Informationsspeichergeräten implementiert und ist normalerweise in Form unabhängiger Blöcke konzipiert. Dazu gehören zunächst einmal Laufwerke auf Disketten- und Festplattenlaufwerken (letzteres nennen Anwender oft etwas umgangssprachliche Festplatten) sowie optische Laufwerke(Geräte zum Arbeiten mit CD-ROM). Externe Speichergeräte verfügen über mechanisch bewegliche Teile und arbeiten daher mit deutlich geringeren Geschwindigkeiten als vollelektronische interne Speicher. Mit einem externen Speicher können Sie jedoch große Mengen an Informationen für die spätere Verwendung speichern. Wir betonen, dass Informationen im externen Speicher in erster Linie für den Computer selbst bestimmt sind und daher in einer für ihn geeigneten Form gespeichert werden; Eine Person ohne den Einsatz einer Maschine kann sich beispielsweise den Inhalt einer unbeschrifteten Diskette oder CD-ROM nicht einmal annähernd vorstellen.

Modern Softwaresysteme sind in der Lage, internen und externen Speicher zu einem Ganzen zu kombinieren, sodass die am seltensten verwendeten Informationen im langsamer arbeitenden externen Speicher landen. Diese Methode ermöglicht es, die Menge der mit einem Computer verarbeiteten Informationen erheblich zu erweitern.

Wird der Prozessor mit Speicher ergänzt, kann ein solches System bereits betriebsbereit sein. Sein wesentlicher Nachteil besteht darin, dass man nichts darüber herausfinden kann, was in einem solchen System passiert. Um Informationen über die Ergebnisse zu erhalten, ist es notwendig, den Computer mit Ausgabegeräten zu ergänzen, die es ermöglichen, diese in einer für die menschliche Wahrnehmung zugänglichen Form darzustellen. Das gebräuchlichste Ausgabegerät ist ein Display, das sowohl Text- als auch Grafikinformationen schnell und effizient auf seinem Bildschirm anzeigen kann. Um eine Kopie der Ergebnisse auf Papier zu erhalten, wird ein Druckgerät oder Drucker verwendet.

Eingabegeräte

Da der Benutzer schließlich häufig neue Informationen in das Computersystem eingeben muss, werden auch Eingabegeräte benötigt. Das einfachste Eingabegerät ist die Tastatur. Breite Verbreitung von Programmen mit grafische Oberfläche trug zur Popularität eines anderen Eingabegeräts bei – der Maus. Endlich sehr effektiv modernes Gerät Um Informationen automatisch in einen Computer einzugeben, gibt es einen Scanner, mit dem Sie nicht nur ein Bild von einem Blatt Papier in eine grafische Computerdatei umwandeln, sondern mithilfe spezieller Software auch Text im gelesenen Bild erkennen und speichern können ein Formular, das zur Bearbeitung in einem normalen Texteditor geeignet ist.

Funktionsdiagramm eines modernen Computers

Nachdem wir nun die Grundgeräte eines Computers und ihre Funktionen kennen, müssen wir noch herausfinden, wie sie miteinander interagieren. Wenden wir uns dazu dem in der Abbildung dargestellten Funktionsdiagramm eines modernen Computers zu.

Bild 1

Um die wichtigsten Computergeräte miteinander zu verbinden, wird eine spezielle Informationsautobahn verwendet, die von Ingenieuren üblicherweise als Bus bezeichnet wird. Der Reifen besteht aus drei Teilen:

Adressbus, auf dem die Adresse der gewünschten Speicherzelle oder des Geräts eingestellt wird, mit der Informationen ausgetauscht werden;

ein Datenbus, über den die notwendigen Informationen tatsächlich übertragen werden; und endlich,

ein Steuerbus, der diesen Prozess regelt (z. B. ermöglicht eines der Signale auf diesem Bus dem Computer, zwischen den Adressen von Speicher und Ein-/Ausgabegeräten zu unterscheiden).

Nehmen wir ein Beispiel dafür, wie ein Prozessor den Inhalt einer Speicherzelle liest. Nachdem der Prozessor sichergestellt hat, dass der Bus derzeit frei ist, platziert er die erforderliche Adresse auf dem Adressbus und installiert die erforderlichen Dienstinformationen (Operation – Lesen, Gerät – RAM usw.) auf dem Steuerbus. Jetzt kann er nur noch auf eine Antwort von RAM warten. Letzterer „sieht“ eine Anforderung zum Lesen der an ihn gerichteten Informationen auf dem Bus, extrahiert den Inhalt der erforderlichen Zelle und legt ihn auf dem Datenbus ab. Wir weisen insbesondere darauf hin, dass der Austausch über den Bus unter bestimmten Bedingungen und bei Vorhandensein bestimmter Zusatzgeräte ohne direkte Beteiligung des Prozessors erfolgen kann, beispielsweise zwischen einem Eingabegerät und dem internen Speicher.

Wir betonen auch, dass die von uns beschriebene funktionale Organisation von Computern in der Praxis viel komplizierter sein kann. Moderner Computer kann mehrere koordinierte Prozessoren, direkte Informationskanäle zwischen einzelnen Geräten, mehrere interagierende Autobahnen usw. enthalten. Allerdings, wenn wir das meiste verstehen allgemeines Schema Dann ist es einfacher, ein bestimmtes Computersystem zu verstehen. Durch die Backbone-Struktur ist es einfach, genau die externen Geräte an den Computer anzuschließen, die ein bestimmter Benutzer benötigt. Dadurch ist es möglich, aus Standardblöcken jede individuelle Computerkonfiguration zusammenzustellen.

Verwandte Informationen.

Bundesamt für Bildung

Staatliche Bildung

Institution der höheren Berufsbildung

„Polytechnische Universität Tomsk“

Fakultät für AVT

Abteilung für VT

„AKTUELLER STAND, STRUKTURELLE UND FUNKTIONALE ORGANISATION UND PERSPEKTIVEN FÜR DIE ENTWICKLUNG VON DESKTOP-PCS.“

Einleitung……………………………………………………………………………..3

I. Funktionale und strukturelle Organisation des PC……………………………4

II. Der aktuelle Stand der Desktop-PCs……………………………..14

III. Perspektiven für die Entwicklung von Desktop-PCs……………………………...16

Fazit…………………………………………………………...19

Referenzen………………………………………………………..20

Einführung

In unserer Zeit, wann Computertechnologien entwickeln sich rasant, es sind viele neue Architekturen und „Varianten“ von Computern entstanden, und ob ein Gerät zu der einen oder anderen Sorte gehört, bestimmt seinen Zweck und die ihm zugewiesenen Aufgaben.

In den letzten Jahren haben Desktop-Personalcomputer (PCs) eine weite Verbreitung gefunden. Streng genommen handelt es sich bei einem Computer um eine Reihe technischer und Softwaretools, die für die automatische Informationsverarbeitung bei der Lösung von Rechen- und Informationsproblemen konzipiert sind. Computerarchitektur bezieht sich auf die allgemeine funktionale und strukturelle Organisation der Maschine, die Datenkodierungsmethoden, Zusammensetzung, Zweck und Interaktionsprinzipien bestimmt technische Mittel und Software. Für jeden Computer, auch für einen Desktop-PC, lassen sich folgende wichtige Architekturkomponenten unterscheiden:

1. Funktionale und logische Fähigkeiten des Prozessors (Befehlssystem, Befehls- und Datenformate, Adressierungsmethoden, Bittiefe verarbeiteter Wörter usw.)

2. Strukturelle Organisation und Prinzipien des Hardware-Managements (Zentralprozessor, Speicher, Ein-/Ausgabe, Systemschnittstelle usw.)

3. Software (Betriebssystem, Programmiersprachenübersetzer, Anwendungssoftware)

In diesem Aufsatz werde ich auf den Aufbau und die Weiterentwicklungsmöglichkeiten von Desktop-Computern eingehen.

Die Vorteile eines PCs sind:

niedrige Kosten, für den einzelnen Käufer erschwinglich;

Betriebsautonomie ohne besondere Anforderungen an die Umgebungsbedingungen;

Flexibilität der Architektur, die ihre Anpassungsfähigkeit an eine Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Management, Wissenschaft, Bildung und Alltag gewährleistet;

die „Freundlichkeit“ des Betriebssystems und anderer Software, die es dem Benutzer ermöglicht, ohne spezielle Fachausbildung damit zu arbeiten;

hohe Betriebszuverlässigkeit (mehr als 5.000 Stunden zwischen Ausfällen).

ICH . Strukturelle und funktionale Organisation des PCs

Betrachten wir die Zusammensetzung und den Zweck der wichtigsten PC-Blöcke:

Blockdiagramm eines Personalcomputers

Mikroprozessor (MP). Hierbei handelt es sich um eine zentrale PC-Einheit, die den Betrieb aller Maschinenblöcke steuert und arithmetische und logische Operationen an Informationen durchführt.

Der Mikroprozessor umfasst:

Kontrollgerät (UU)- erzeugt und liefert zum richtigen Zeitpunkt bestimmte Steuersignale (Steuerimpulse) an alle Einheiten der Maschine, die durch die Besonderheiten des durchgeführten Vorgangs und die Ergebnisse früherer Vorgänge bestimmt werden; generiert Adressen von Speicherzellen, die von der ausgeführten Operation verwendet werden, und überträgt diese Adressen an die entsprechenden Computerblöcke; das Steuergerät empfängt eine Referenzimpulsfolge vom Taktimpulsgenerator;

Arithmetik-Logikeinheit (ALU)- Entwickelt, um alle arithmetischen und logischen Operationen an numerischen und symbolischen Informationen auszuführen (bei einigen PC-Modellen ist eine zusätzliche ALU an die ALU angeschlossen, um die Ausführung von Operationen zu beschleunigen Mathe-Coprozessor);

Mikroprozessorspeicher (MPP)- dient der kurzfristigen Speicherung, Aufzeichnung und Ausgabe von Informationen, die direkt in Berechnungen in den nächsten Zyklen des Maschinenbetriebs verwendet werden. MPP basiert auf Registern und wird verwendet, um eine hohe Geschwindigkeit der Maschine sicherzustellen, da der Hauptspeicher (RAM) nicht immer die Geschwindigkeit zum Schreiben, Suchen und Lesen von Informationen bietet, die für den effizienten Betrieb eines Hochgeschwindigkeits-Mikroprozessors erforderlich ist. Registriert- Hochgeschwindigkeits-Speicherzellen unterschiedlicher Länge (im Gegensatz zu OP-Zellen, die eine Standardlänge von 1 Byte und eine geringere Geschwindigkeit haben);

Mikroprozessor-Schnittstellensystem- implementiert die Kopplung und Kommunikation mit anderen PC-Geräten; umfasst eine interne MP-Schnittstelle, Pufferspeicherregister und Steuerschaltungen für Ein-/Ausgabeanschlüsse (I/O) und den Systembus. Schnittstelle(Schnittstelle) – eine Reihe von Mitteln zum Koppeln und Kommunizieren von Computergeräten, um deren effektive Interaktion sicherzustellen. I/O-Port (I/O ≈ Input/Output-Port)- Schnittstellenausrüstung, mit der Sie ein anderes PC-Gerät an den Mikroprozessor anschließen können.

Taktgenerator. Es erzeugt eine Folge elektrischer Impulse; Die Frequenz der erzeugten Impulse bestimmt die Taktfrequenz der Maschine. Das Zeitintervall zwischen benachbarten Impulsen bestimmt die Zeit eines Maschinenbetriebszyklus oder einfach Maschinenbetriebszyklus .

Die Frequenz des Taktimpulsgenerators ist eines der Hauptmerkmale eines Personalcomputers und bestimmt maßgeblich die Geschwindigkeit seines Betriebs, da jeder Vorgang im Gerät in einer bestimmten Anzahl von Taktzyklen ausgeführt wird.

System Bus. Dies ist das Hauptschnittstellensystem eines Computers, das die Kopplung und Kommunikation aller seiner Geräte untereinander gewährleistet.

Der Systembus umfasst:

Code-Datenbus(KSD), enthält Drähte und Schnittstellenschaltungen zur parallelen Übertragung aller Bits des numerischen Codes (Maschinenworts) des Operanden;

Adresscode-Bus(KSA), einschließlich Leitungen und Schnittstellenschaltungen zur parallelen Übertragung aller Bits des Adresscodes einer Hauptspeicherzelle oder eines Ein-/Ausgabeports eines externen Geräts;

Befehlscodebus(KShI), enthält Drähte und Schnittstellenschaltungen zur Übertragung von Anweisungen (Steuersignale, Impulse) an alle Blöcke der Maschine;

Energiebus, mit Leitungen und Schnittstellenschaltungen zum Anschluss von PC-Einheiten an das Stromversorgungssystem.

Der Systembus bietet drei Richtungen der Informationsübertragung:

1) zwischen Mikroprozessor und Hauptspeicher;

2) zwischen dem Mikroprozessor und den Ein-/Ausgabeanschlüssen externer Geräte;

3) zwischen dem Hauptspeicher und den I/O-Ports externer Geräte (im Direktspeicherzugriffsmodus).

Alle Blöcke bzw. ihre I/O-Ports werden auf die gleiche Weise über die entsprechenden einheitlichen Anschlüsse (Verbindungen) an den Bus angeschlossen: direkt oder durch Controller (Adapter). Der Systembus wird vom Mikroprozessor entweder direkt oder häufiger über einen zusätzlichen Chip gesteuert – Bus-Controller, Erzeugen der Hauptsteuersignale. Der Informationsaustausch zwischen externen Geräten und dem Systembus erfolgt über ASCII-Codes.

Hauptspeicher (RAM). Es dient der Speicherung und dem zeitnahen Austausch von Informationen mit anderen Einheiten der Maschine. Das OP enthält zwei Arten von Speichergeräten: Nur-Lese-Speicher (ROM) und Direktzugriffsspeicher (RAM).

Rom dient der Speicherung unveränderlicher (permanenter) Programm- und Referenzinformationen; es ermöglicht Ihnen, schnell nur die darin gespeicherten Informationen zu lesen (die Informationen im ROM können nicht geändert werden).

RAM Entwickelt für die Online-Aufzeichnung, Speicherung und Auslesung von Informationen (Programmen und Daten), die direkt am Informations- und Rechenprozess beteiligt sind, der von einem PC im aktuellen Zeitraum durchgeführt wird. Die Hauptvorteile von RAM sind seine hohe Geschwindigkeit und die Möglichkeit, auf jede Speicherzelle separat zuzugreifen (direkter Adresszugriff auf die Zelle). Als Nachteil von RAM ist anzumerken, dass es nach dem Ausschalten unmöglich ist, darin Informationen zu speichern Maschinenleistung (Volatilitätsabhängigkeit).

Externer Speicher. Es bezieht sich auf externe Geräte des PCs und dient der langfristigen Speicherung aller Informationen, die zur Lösung von Problemen benötigt werden. Insbesondere wird die gesamte Computersoftware im externen Speicher gespeichert. Externer Speicher enthält verschiedene Arten von Speichergeräten, aber die gebräuchlichsten, die auf fast jedem Computer verfügbar sind, sind Festplattenlaufwerke (HDD) und Diskettenlaufwerke (FLMD).

Als externe Speichergeräte werden auch Speichergeräte auf Kassetten-Magnetband (Streamer), optische Laufwerke (CD-ROM – Compact Disk Read Only Memory – CD mit Nur-Lese-Speicher) usw. verwendet.

Stromversorgung. Dies ist ein Block, der autonome und vernetzte Stromversorgungssysteme für einen PC enthält.

Timer. Hierbei handelt es sich um eine in die Maschine eingebaute elektronische Uhr, die bei Bedarf eine automatische Aufzeichnung des aktuellen Zeitpunkts (Jahr, Monat, Stunden, Minuten, Sekunden und Sekundenbruchteile) ermöglicht. Der Timer ist an eine autonome Stromquelle – eine Batterie – angeschlossen und läuft weiter, wenn die Maschine vom Netzwerk getrennt wird.

Externe Geräte (ED). Dies ist die wichtigste Komponente eines jeden Computerkomplexes. Es genügt zu sagen, dass VCs in Bezug auf die Kosten manchmal 50–80 % des gesamten PC ausmachen. Die Zusammensetzung und Eigenschaften des VC hängen weitgehend von der Möglichkeit und Wirksamkeit des Einsatzes von PCs in Kontrollsystemen und in der Volkswirtschaft als ab ganz.

PC-Steuerungseinheiten sorgen für die Interaktion der Maschine mit der Umgebung; Benutzer, Kontrollobjekte und andere Computer. VE sind sehr vielfältig und können nach einer Reihe von Merkmalen klassifiziert werden. Somit lassen sich je nach Verwendungszweck folgende Gerätetypen unterscheiden:

externe Speichergeräte (ESD) oder externer PC-Speicher;

Benutzerdialog-Tools;

Informationseingabegeräte;

Informationsausgabegeräte;

Kommunikations- und Telekommunikationsmittel.

Dialogwerkzeuge Zu den Benutzergeräten zählen Videomonitore (Displays), seltener ferngesteuerte Schreibmaschinen (Drucker mit Tastatur) und Spracheingabe-/-ausgabegeräte.

Videomonitor (Anzeige) - ein Gerät zur Anzeige der von einem PC eingegebenen und ausgegebenen Informationen.

Geräte zur Spracheingabe/-ausgabe gehören zu den schnell wachsenden Medien. Bei Spracheingabegeräten handelt es sich um verschiedene Mikrofonakustiksysteme, beispielsweise „Soundmäuse“, mit komplexer Software, die es ihnen ermöglicht, von einer Person gesprochene Buchstaben und Wörter zu erkennen, zu identifizieren und zu kodieren.

Zu Informationseingabegeräten betreffen:

Tastatur- ein Gerät zur manuellen Eingabe von Zahlen-, Text- und Steuerinformationen in einen PC;

Grafiktabletts (Digitalisierer)- zur manuellen Eingabe grafischer Informationen und Bilder durch Bewegen eines speziellen Zeigers (Stifts) über das Tablet; Wenn Sie den Stift bewegen, werden die Koordinaten seines Standorts automatisch gelesen und diese Koordinaten in den PC eingegeben;

Scanner(Lesegeräte) – zum automatischen Lesen von Papiermedien und zum Eingeben von maschinengeschriebenen Texten, Grafiken, Bildern, Zeichnungen in einen PC; im Scanner-Codiergerät werden im Textmodus gelesene Zeichen nach Vergleich mit Referenzkonturen durch spezielle Programme in ASCII-Codes umgewandelt und im Grafikmodus werden gelesene Grafiken und Zeichnungen in Folgen zweidimensionaler Koordinaten umgewandelt;

Manipulatoren(Zeigegeräte): Joystick - Hebelarm, Maus, Trackball - Ball in einem Rahmen, Lichtstift usw. – um grafische Informationen auf dem Bildschirm einzugeben, indem die Bewegung des Cursors über den Bildschirm gesteuert wird, gefolgt von der Codierung der Cursorkoordinaten und deren Eingabe in den PC;

Touchscreen- zur Eingabe einzelner Bildelemente, Programme oder Befehle aus einer Splitscreen-Anzeige in einen PC.

ZU Informationsausgabegeräte betreffen:

Drucker- Druckgeräte zum Aufzeichnen von Informationen auf Papier;

Plotter (Plotter)- um grafische Informationen (Grafiken, Zeichnungen, Zeichnungen) von einem PC auf Papier auszugeben; Es gibt Vektorplotter zum Zeichnen von Bildern mit einem Stift und Rasterplotter: thermografische, elektrostatische, Tintenstrahl- und Laserplotter. Konstruktionsbedingt werden Plotter in Flachbett- und Trommelplotter unterteilt. Die Hauptmerkmale aller Plotter sind ungefähr gleich: Plotgeschwindigkeit - 100 - 1000 mm/s, die besten Modelle verfügen über Farbbilder und Halbtonübertragung; Laserplotter bieten die höchste Auflösung und Bildschärfe, sind aber auch am teuersten.

Geräte Kommunikation und Telekommunikation dienen zur Kommunikation mit Geräten und anderen Automatisierungsgeräten (Schnittstellenadapter, Adapter, Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandler usw.) und zum Anschluss von PCs an Kommunikationskanäle, an andere Computer und Computernetzwerke (Netzwerkschnittstellenkarten). , „Gelenke“ „, Datenübertragungsmultiplexer, Modems).

Viele der oben genannten Geräte gehören zu einer bedingt ausgewählten Gruppe – Multimedia.

Multimedia(Multimedia – Multimedia) ist eine Reihe von Hardware und Software, die es einer Person ermöglicht, mit einem Computer über eine Vielzahl natürlicher Medien zu kommunizieren: Ton, Video, Grafiken, Texte, Animationen usw.

Multimedia-Mittel umfassen Spracheingabe- und -ausgabegeräte; bereits weit verbreitete Scanner (da sie die automatische Eingabe gedruckter Texte und Zeichnungen in einen Computer ermöglichen); hochwertige Video- (Video-) und Sound- (Sound-)Karten, Videoaufnahmekarten (Videograbber), die Bilder von einem Videorecorder oder einer Videokamera aufnehmen und in einen PC eingeben; hochwertige Akustik- und Videowiedergabesysteme mit Verstärkern, Tonlautsprechern und großen Videobildschirmen. Aber vielleicht aus noch größerem Grund umfassen Multimedia externe Speichergeräte mit großer Kapazität, die oft zum Aufzeichnen von Audio- und Videoinformationen verwendet werden.

Heutzutage werden CDs und DVDs zum Aufzeichnen, Speichern und Wiedergeben von Informationen verwendet und sind weit verbreitet In letzter Zeit Flash-Laufwerke. Benutzerfreundlichkeit, minimale Abmessungen, zunehmende Speicherkapazität und sinkender Preis machen letztere konkurrenzlos, und es ist durchaus möglich, dass dies in Zukunft zu einer Verdrängung vom Markt führen wird optische Datenträger, da zuvor CDs Disketten ersetzten.

Zusätzliche Schemata. Zum Systembus und zum PC MP mit typisch Externe Geräte können angeschlossen werden und einige zusätzlich Platinen mit integrierten Schaltkreisen, die die Funktionalität des Mikroprozessors erweitern und verbessern: mathematischer Coprozessor, Controller für direkten Speicherzugriff, Eingabe-/Ausgabe-Coprozessor, Interrupt-Controller usw.

Mathe-Coprozessor Wird häufig zur beschleunigten Ausführung von Operationen mit binären Gleitkommazahlen, mit binär codierten Dezimalzahlen und zur Berechnung einiger transzendenter, einschließlich trigonometrischer Funktionen verwendet. Der mathematische Coprozessor verfügt über ein eigenes Befehlssystem und arbeitet parallel (zeitlich geteilt) mit dem Haupt-MP, jedoch unter der Kontrolle dieses. Der Betrieb wird um das Zehnfache beschleunigt. Die neuesten MP-Modelle, beginnend mit dem MP 80486 DX, enthalten einen Coprozessor in ihrer Struktur.

Direkter Speicherzugriffscontroller Befreit den MP von der direkten Steuerung von Magnetplattenlaufwerken, was die effektive Leistung des PCs deutlich steigert. Ohne diesen Controller erfolgt der Datenaustausch zwischen VSD und RAM über das MP-Register, und sofern vorhanden, werden die Daten unter Umgehung des MP direkt zwischen VSD und RAM übertragen.

I/O-Coprozessor Durch die parallele Arbeit mit dem MP wird die Ausführung von I/O-Vorgängen bei der Bedienung mehrerer externer Geräte (Display, Drucker, HDD, HDD usw.) erheblich beschleunigt; Befreit den MP von der Verarbeitung von E/A-Prozeduren, einschließlich der Implementierung des direkten Speicherzugriffsmodus.

Der Interrupt-Controller spielt in einem PC eine entscheidende Rolle.

Unterbrechen- vorübergehende Unterbrechung der Ausführung eines Programms zum Zweck der zeitnahen Ausführung eines anderen, derzeit wichtigeren (Prioritäts-)Programms.

Controller unterbrechen bedient Interrupt-Prozeduren, empfängt eine Interrupt-Anfrage von externen Geräten, bestimmt die Prioritätsstufe dieser Anfrage und gibt ein Interrupt-Signal an den MP. Nachdem der MP dieses Signal empfangen hat, unterbricht er die Ausführung des aktuellen Programms und fährt mit der Ausführung eines speziellen Programms fort, um den vom externen Gerät angeforderten Interrupt zu bedienen. Nach Abschluss des Wartungsprogramms wird das unterbrochene Programm wieder aufgenommen. Der Interrupt-Controller ist programmierbar.

PC-Designelemente

Konstruktiv sind die PCs als Zentrale konzipiert Systemeinheit, an die externe Geräte über Anschlüsse angeschlossen werden: zusätzliche Speichergeräte, Tastatur, Display, Drucker usw.

Systemeinheit Dazu gehören in der Regel die Systemplatine, das Netzteil, Festplattenlaufwerke, Zubehöranschlüsse usw Erweiterungskarten mit Controllern - Adapter externer Geräte.

An Hauptplatine, Mainboard, Motherboard(oft angerufen Hauptplatine Hauptplatine) befinden sich in der Regel:

Mikroprozessor;

mathematischer Coprozessor;

Taktgenerator;

RAM- und ROM-Blöcke (Chips);

Tastaturadapter, HDD und HDD;

Interrupt-Controller;

Timer usw.

PC-Funktionsspezifikationen

Die Hauptmerkmale des PCs sind:

1. Geschwindigkeit, Leistung, Taktrate.

Leistungseinheiten Aufschlag:

MIPS (MIPS – Mega Instruction Per Second) – eine Million Operationen auf Zahlen mit einem festen Punkt (Punkt);

MFLOPS (Mega FLoating Operations Per Second) – eine Million Operationen mit Gleitkommazahlen (Punktzahlen);

KOPS (KOPS – Kilo Operations Per Second) für Computer mit geringer Leistung – tausend bestimmte gemittelte Operationen auf Zahlen;

GFLOPS (Giga FLoating Operations Per Second) – Milliarden Operationen pro Sekunde auf Gleitkommazahlen (Punkt).

Die Bewertung der Computerleistung erfolgt immer annähernd, da sie sich in diesem Fall an bestimmten durchschnittlichen oder umgekehrt bestimmten Arten von Vorgängen orientiert. In Wirklichkeit werden unterschiedliche Operationssätze verwendet, um unterschiedliche Probleme zu lösen. Um einen PC zu charakterisieren, geben sie daher normalerweise anstelle der Leistung die Taktfrequenz an, die die Geschwindigkeit der Maschine objektiver bestimmt, da jeder Vorgang eine ganz bestimmte Anzahl von Taktzyklen erfordert. Wenn Sie die Taktfrequenz kennen, können Sie die Ausführungszeit jeder Maschinenoperation ziemlich genau bestimmen.

2. Bitkapazität der Maschinen- und Schnittstellencodebusse.

Bittiefe≈ Dies ist die maximale Anzahl von Bits einer Binärzahl, an der gleichzeitig eine Maschinenoperation ausgeführt werden kann, einschließlich der Operation der Informationsübertragung; Je größer die Bittiefe, desto höher ist unter sonst gleichen Bedingungen die Leistung des PCs.

3. Arten von System- und lokalen Schnittstellen.

Verschiedene Typen Schnittstellen bieten unterschiedliche Geschwindigkeiten Durch die Übertragung von Informationen zwischen Maschinenknoten können Sie eine unterschiedliche Anzahl externer Geräte und deren unterschiedliche Typen anschließen.

4. RAM-Kapazität.

Die RAM-Kapazität wird am häufigsten in Megabyte (MB) gemessen, seltener in Kilobyte (KB). 1 MB = 1024 KB = 1024 2 Bytes.

Viele moderne Anwendungsprogramme mit einer RAM-Kapazität von weniger als 8 MB funktionieren einfach nicht oder nur sehr langsam.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass eine Erhöhung der Kapazität des Hauptspeichers unter anderem um das Zweifache die effektive Leistung des Computers bei der Lösung komplexer Probleme um etwa das 1,7-fache erhöht.

5. Kapazität des Festplattenlaufwerks (Festplatte). Die Festplattenkapazität wird normalerweise in Megabyte oder Gigabyte gemessen (1 GB = 1024 MB).

Laut Experten werden viele Softwareprodukte im Jahr 1997 zum Betrieb bis zu 1 GB externen Speicher benötigen.

6. Typ Und Kapazität von Diskettenlaufwerken.

Heutzutage werden hauptsächlich Diskettenlaufwerke verwendet, wobei Disketten mit einem Durchmesser von 3,5 und 5,25 Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) verwendet werden. Erstere haben eine Standardkapazität von 1,44 MB, letztere 1,2 MB.

7. Arten und Kapazität des Cache-Speichers.

Cache-Speicher ist ein gepufferter, nicht für den Benutzer zugänglicher Hochgeschwindigkeitsspeicher, der automatisch vom Computer verwendet wird, um Vorgänge mit Informationen zu beschleunigen, die in langsameren Speichergeräten gespeichert sind. Um beispielsweise den Betrieb mit dem Hauptspeicher zu beschleunigen, wird ein Register-Cache-Speicher innerhalb des Mikroprozessors (Cache-Speicher der ersten Ebene) oder außerhalb des Mikroprozessors auf der Hauptplatine (Cache-Speicher der zweiten Ebene) organisiert. Um den Betrieb mit dem Festplattenspeicher zu beschleunigen, ist der Cache-Speicher in elektronischen Speicherzellen organisiert.

Bedenken Sie, dass das Vorhandensein eines 256-KB-Cache-Speichers die PC-Leistung um etwa 20 % steigert.

8. Art des Videomonitors (Displays) und Videoadapters.

9.Druckertyp.

10.Verfügbarkeit eines mathematischen Coprozessors.

Mit dem mathematischen Coprozessor können Sie die Ausführung von Operationen mit binären Gleitkommazahlen und binär codierten Dezimalzahlen um das Zehnfache beschleunigen.

11. Verfügbare Software und Betriebssystemtyp

12. Hardware- und Softwarekompatibilität mit anderen Computertypen.

Unter Hardware- und Softwarekompatibilität mit anderen Computertypen versteht man die Fähigkeit, auf einem Computer jeweils die gleichen technischen Elemente und Software wie auf anderen Computertypen zu verwenden.

13. Fähigkeit, in einem Computernetzwerk zu arbeiten

14. Fähigkeit, im Multitasking-Modus zu arbeiten.

Im Multitasking-Modus können Sie Berechnungen gleichzeitig für mehrere Programme (Multiprogramm-Modus) oder für mehrere Benutzer (Mehrbenutzer-Modus) durchführen. Durch die in diesem Modus mögliche Kombination der Betriebszeit mehrerer Maschinengeräte kann die effektive Geschwindigkeit des Computers deutlich gesteigert werden.

15. Zuverlässigkeit.

Zuverlässigkeit ist die Fähigkeit eines Systems, alle ihm zugewiesenen Funktionen vollständig und korrekt auszuführen. Die PC-Zuverlässigkeit wird normalerweise anhand der durchschnittlichen Zeit zwischen Ausfällen gemessen.

16. Preis.

17. Dimensionen und Gewicht.

II . Der Zustand des Desktop-PCs

Im aktuellen Stand der PC-Entwicklung lassen sich zwei Hauptplattformen unterscheiden: Wintel und Apple.

Am gebräuchlichsten ist die Wintel-Plattform, die aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Kosten auf x86-Prozessoren basiert. Diese Plattform hat viele Klone, d.h. ähnliche Computer hergestellt verschiedene Unternehmen USA, Westeuropa, Russland, Japan usw.

Apple-Plattform vertreten durch Macintosh-Computer, die im Westen sehr beliebt sind. Sie besetzen eine eher schmale, aber recht stabile Nische auf dem Weltmarkt.

Die formalen Unterschiede zwischen Plattformen liegen in der Art des Prozessors und des Betriebssystems. Der Macintosh verwendet eine RISC-Prozessorarchitektur und einen UNIX-ähnlichen Betriebssystemkernel. Allerdings rücken diese beiden Plattformen in den letzten Jahren hardwaremäßig immer näher zusammen. Daher kann der Hauptunterschied in der Menge der weltweit produzierten Hardware und Software gesehen werden, wobei Wintel konkurrenzlos ist. Apple hat eine kleine Anzahl an High-End-Modellen und ist auch bei der Menge der produzierten Software deutlich unterlegen. Daraus folgt, dass Sie mit einem Wintel-Computer jeden Vorgang ausführen können, jedoch nicht immer schnell und bequem. Bei Apple kann der gleiche Vorgang entweder schnell oder gar nicht ausgeführt werden.

Hier sind einige Beispiele für PC-Modelle, die heute beliebt sind:

· Hacker Ph945

Die Plattform basiert auf dem ASUS M4A78, einem hochwertigen Mittelklasse-Motherboard auf Basis des AMD 770-Chipsatzes mit DDR2-Unterstützung. Es ist gut ausgestattet, aber ohne jeglichen Schnickschnack. Unter den praktischen Features erwähnen wir das Vorhandensein eines optischen S/PDIF- und eines eSATA-Anschlusses auf der Rückseite. Das System nutzt den kürzlich angekündigten Quad-Core-Prozessor AMD Phenom II X4 945 mit ordentlicher Rechenleistung und 4 GB RAM. Auch das Video-Subsystem ist auf dem neuesten Stand. Für optimale PCs eignen sich GeForce GTS 250-Grafikkarten, die bei einem sehr guten Preis-Leistungs-Verhältnis für eine angenehme Anzahl an Bildern pro Sekunde in aktuellen Spielen sorgen.

Die Kombination Phenom II X4 945 + GeForce GTS 250 schnitt im Test im Allgemeinen sehr gut ab. Wahrscheinlich gibt es in dieser Kombination eine leichte Tendenz zu einem etwas leistungsstärkeren Prozessor, aber seine Fähigkeiten werden bei Nicht-Gaming-Multithread-Aufgaben nützlich sein.

Das System ist in einem Microlab M4812-Gehäuse montiert. Dieses Model sieht sehr interessant und praktisch in der Anwendung aus. Auf der Frontplatte befindet sich im Fach für 3,5-Zoll-Geräte ein Multiformat-Kartenleser Samsung SFD-321F/T4XB, der das Arbeiten mit Flash-Karten aller gängigen Typen ermöglicht. Hier befindet sich auf der Vorderseite ein analoger Drehzahlregler für den an der Gehäuserückwand montierten 120-mm-Lüfter. Die Stromversorgungskapazitäten sind für den Betrieb der vorgeschlagenen Konfiguration völlig ausreichend, allerdings ohne große Reserven. Das Modell M-ATX-420W entspricht dem ATX 1.3-Standard, was keine starke Belastung der 12-V-Leitung bedeutet, die von modernen Grafikkarten und -systemen verwendet wird CPU-Stromversorgung. In der betrachteten Konfiguration beträgt die Leistungsaufnahme des Rechners im Idle-Modus etwa 120 W, in „schweren“ Szenen in Crysis steigt sie auf 270 W.
Das System ist nicht lautlos, im Standby-Modus arbeitet der Rechner recht leise, unter Last werden die Lüfter von Netzteil und Grafikkarte aktiver, obwohl der Geräuschpegel insgesamt „unterdurchschnittlich“ ist.

· Dell HPS 730 H2C

Dell hat seine Produktlinie aktualisiert Gaming-Computer XPS 730 H2C. In einem soliden Aluminiumgehäuse platzierten die Ingenieure Hauptplatine basierend auf dem NVIDIA nForce 790i Ultra SLI-Chipsatz mit installierter Prozessor Intel Core Prozessor 2 Extreme (werkseitig übertaktet), ein Paar ATI Radeon HD 3870 X2 Grafikkarten oder Nvidia GeForce 8800GT SLI und Corsair DOMINATOR DDR3 RAM. Das im PC verwendete H2C-Kühlsystem ist einzigartig und das Ergebnis einer gemeinsamen Entwicklung von Dell, Intel, Delphi und CoolIT.

Der weltweite Desktop-PC-Markt ist der größte, befand sich jedoch in den letzten Jahren aufgrund eines Nachfragerückgangs nach seinen Produkten in einer akuten Krise. Mobile PCs erfreuen sich immer größerer Beliebtheit. Dies ist auf eine erhöhte Produktivität zurückzuführen mobile Computer und eine gleichzeitige Senkung ihrer Preise.

III . Perspektiven für die Entwicklung von Desktop-PCs

Aufgrund des jährlich steigenden Anteils der Laptop-Verkäufe könnte es den Anschein haben, dass mobile PCs bald Desktop-PCs verdrängen könnten. Experten glauben jedoch, dass es noch zu früh ist, Desktop-Computer abzuschreiben. Trotz der steigenden Produktivität mobiler PCs verlangsamt sich auch die Entwicklung von Desktop-Computern nicht.

Die Beliebtheit von Laptops erklärt sich vor allem aus ihrem Fokus auf die Lösung von Aufgaben, die ein Heimcomputer nicht erfüllen kann (was wiederum mit der Möglichkeit einer autonomen Stromversorgung von Laptops verbunden ist). Allerdings muss man das sagen Desktop-Computer Es zeichnet sich vor allem durch seine Leistung aus, die es dem Benutzer ermöglicht, nahezu jede Aufgabe darauf auszuführen. Ein mobiler PC muss über mehrere verfügen zusätzliche Eigenschaften(wie Gewicht, Abmessungen, Zeit Batterielebensdauer), was die Produktivität in den Hintergrund drängt. Darüber hinaus ist das Aufrüsten eines Laptops schwierig: Es kann schwierig umzusetzen oder einfach unmöglich sein.

Laptops	Desktop-PCs
CPU	Begrenzte Auswahl an Prozessoren in Bezug auf Frequenzen und Leistung	Komplettes CPU-Sortiment für den Systemaufbau
Grafikkarte	Die integrierte Videoleistung ist deutlich geringer als bei separaten Desktop-Grafikkarten	Möglichkeit, eine beliebige Grafikkarte auszuwählen; Systeme mit mehreren Grafikkarten zu erhalten maximale Performance
Rom	RAM-Kapazität bis zu 4096 MB	Die Lautstärke ist nicht begrenzt
Festplattensubsystem	Kapazität des Festplattensubsystems bis zu 500 GB	Die Lautstärke ist nicht begrenzt
	Nur Matrizen vom Typ TN+Film. Da in der Regel eine Hintergrundbeleuchtung zum Einsatz kommt, ist die Bildqualität schlechter als bei Desktop-Monitormodellen einer vergleichbaren Klasse	Die Möglichkeit, jeden Monitor mit dem gewünschten Matrixtyp für die spezifischen Bedürfnisse des Käufers auszuwählen: TN+Film, MVA, PVA, IPS. Verwendet zwei bis vier (oder mehr) Hintergrundbeleuchtungslampen
	Integriertes Unterstützungssystem unterbrechungsfreie Stromversorgung	Erfordert den Kauf eines separaten Geräts, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu gewährleisten
Operationssystem	Normalerweise wird keine Auswahl angeboten. Das Betriebssystem ist vom Hersteller vorinstalliert	Große Auswahl an Desktops Betriebssysteme für die spezifischen Bedürfnisse des Käufers
Modernisierung	Sehr begrenzt. RAM-Kapazität erhöhen und austauschen Festplatte(durchgeführt von einem qualifizierten Ingenieur). Möglichkeit zur Installation von CardBus- und ExpressCard-Geräten	Flexibel. Ersatz Hauptplatine, Prozessor, Speichererweiterung, Erweiterung des Festplattensubsystems, Installation optische Laufwerke, Ersetzen der Grafikkarte, Installieren von Erweiterungskarten
	Ein Jahr Garantie. Eine Reparatur ist mühsam und teuer	Leben kostenloser Service

Vergleichsmerkmale Laptops und Desktops

Unter Berücksichtigung der Faktoren Preis, Leistung, Upgrades, Reparaturen und andere sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es praktischer ist, einen Desktop-PC zu kaufen, um ein ausgewogenes und produktives System zu erhalten. Wenn Mobilität und alle damit verbundenen Faktoren wichtig sind, optimale Wahl werde mir einen Laptop kaufen.

Das Desktop-System ermöglicht Ihnen nicht nur die Lösung hochkomplexer Probleme, sondern bietet auch die Möglichkeit, es an sich ändernde Aufgaben anzupassen.

Bei der Vorhersage der absehbaren Zukunft von Personalcomputern im Hinblick auf die Erweiterung ihrer Fähigkeiten müssen folgende Bereiche berücksichtigt werden:

· Steigerung der Prozessorleistung;

· Miniaturisierung von Prozessoren;

· Dateneingabe mittels Gesten und Sprache;

· Erhöhte Festplattenkapazität und Aufzeichnungsdichte;

· Reduzierung der PC-Abmessungen;

· Einführung von Nanotechnologien, Biomolekular- und Quantencomputing.

Abschluss

Weitere Entwicklung Desktop-PCs in den oben genannten Richtungen werden zweifellos letztendlich zu Änderungen führen, nicht nur in ihrem Aussehen, aber möglicherweise auch neue Rechenalgorithmen und ein neues PC-Konzept im Allgemeinen.

Es besteht auch kein Zweifel daran, dass die meisten Benutzer im Laufe der Zeit auf Computer mit eigener Stromversorgung umsteigen werden. Dies wird jedoch der Fall sein, wenn mobile PCs über ausreichend hohe Eigenschaften verfügen, um Desktop-Computer vollständig zu ersetzen.

Die heutigen Desktop-PCs haben jedoch noch viele Wege vor sich und die meisten Hersteller verbessern sie weiter.

Referenzliste

1. Cheredov A.D. Organisation von Computern und Systemen: Lernprogramm. – Tomsk: TPU, 2005. S. 3 – 30.

2. Murakhovsky V.I. PC-Hardware. Neue Möglichkeiten. – St. Petersburg: Peter, 2005. S. 27 – 191.

3. Heim-PC: Online-Magazin. - http://www.dpk.com.ua/

4. Computerra: Online-Magazin. – St. „PC (Aussichten und Konturen) der Zukunft.“ - http://offline.computerra.ru/2002/426/15178/

Funktionale und strukturelle Organisation des PCs. Funktionelle und strukturelle Organisation eines Personalcomputers. Funktionale Struktur der Hauptblöcke eines Computers

3. Vortrag. Architektur moderner Hochleistungsrechner. Funktionsstruktur eines Computers. Grundlegende Bedienkonzepte. Computer Software. Grundlagen der Algorithmisierung.

Einführung

Theoretischer Teil

Strukturelle Organisation von PC