Основні блоки ПК та їх призначення

Поняття архітектури та структури

Архітектура комп'ютера визначається сукупністю її властивостей, суттєвих для користувача. Основна увага при цьому приділяється структурі та функціональним можливостям ПК, які поділяють на основні та додаткові.

Основні функції визначають призначення ЕОМ: обробка та зберігання інформації, обмін інформацією із зовнішніми об'єктами. Додаткові функціїпідвищують ефективність виконання основних функцій: забезпечують ефективні режими її роботи, діалог з користувачем, високу надійність та ін. Названі функції ЕОМ реалізуються за допомогою її компонентів: апаратних та програмних засобів.

Структура комп'ютера - це деяка модель, що встановлює склад, порядок та принципи взаємодії, що входять до неї компонентів.

Персональний комп'ютер - це настільна або переносна ЕОМ, та універсальність застосування. Достоїнствами ПК є:

• 1. мінімальна ціна, що у межах доступності для індивідуального покупателя;
• 2. автономність експлуатації без особливих вимог до умов довкілля;
• 3. гнучкість архітектури, що забезпечує її адаптивність до різноманітних застосувань у сфері управління, науки, освіти, у побуті;
• 4. «дружність» операційної системи та іншого програмного забезпечення, що обумовлює можливість роботи з нею користувача без спеціальної професійної підготовки;
• 5. висока надійність роботи (понад 5 тис. год напрацювання на відмову)

Структура персонального комп'ютера

Розглянемо склад і призначення основних блоків ПК стосовно IBM PC-подібних комп'ютерів, що відповідає вимогам загальнодоступності.

Мікропроцесор (МП). Це центральний блок ПК, призначений для керування роботою всіх блоків машини та для виконання арифметичних та логічних операційнад інформацією.

До складу МП входять:

• 1. пристрій управління (УУ) - формує і подає у всі блоки машини у потрібні моменти часу певні сигнали» - w управління (керівні імпульси), зумовлені специфікою виконуваної операції та результатами попередніх операцій; формує адреси осередків пам'яті, використовуваних виконуваною операцією, і передає ці адреси відповідні блоки ЕОМ. Опорну послідовність імпульсів УУ одержує від генератора тактових імпульсів;
• 2. арифметико-логічний пристрій (АЛУ) - призначений для виконання всіх арифметичних та логічних операцій над числовою та символьною інформацією (у деяких моделях ПК для прискорення виконання операцій до. АЛУ підключається додатковий математичний співпроцесор;
• 3. мікропроцесорна пам'ять (МПП) - служить для короткочасного зберігання, запису та видачі інформації, безпосередньо використовуваної у обчисленнях у найближчі такти роботи машини. МПП будується на регістрах і використовується для забезпечення високої швидкодії машини, тому що основна пам'ять (ОП) не завжди забезпечує швидкість запису, пошуку та зчитування інформації, необхідну для ефективної роботишвидкодіючого МП. Регістри - швидкодіючі осередки пам'яті різної довжини (на відміну від осередків ОП, що мають стандартну довжину 1 байт і нижчу швидкодію);
• 4. інтерфейсна система мікропроцесора - реалізує сполучення та зв'язок з іншими пристроями ПК; включає внутрішній інтерфейс МП, буферні запам'ятовуючі регістри і схеми управління портами введення-виведення (ПВВ) і системною шиною. Інтерфейс (interface) - сукупність засобів сполучення та зв'язку пристроїв комп'ютера, що забезпечує їх ефективну взаємодію. Порт вводу-виводу (I/O - Input/Output port) - апаратура сполучення, що дозволяє підключити до мікропроцесора інший пристрій ПК.

генератор тактових імпульсів. Він генерує послідовність електричних імпульсів; частота імпульсів, що генеруються тактову частотумашини.

Проміжок часу між сусідніми імпульсами визначає час одного такту роботи чи просто такт роботи машини. Частота генератора тактових імпульсів є однією з основних характеристик персонального комп'ютера та багато в чому визначає швидкість його роботи, бо кожна операція в машині виконується за певну кількість тактів.

Системна шина Це основна інтерфейсна система ПК, що забезпечує поєднання та зв'язок всіх його пристроїв між собою.

Системна шина включає:

• 1. кодову шину даних (КШД), що містить дроти та схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів числового коду (машинного слова) операнда;
• 2. кодову шину адреси (КША), що включає дроти та схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів коду адреси осередку основної пам'яті або порту введення-виведення зовнішнього пристрою;
• 3. кодову шину інструкцій (КШІ), що містить дроти та схеми сполучення для передачі інструкцій (керуючих сигналів, імпульсів) у всі блоки машини; шину живлення, що має дроти та схеми сполучення для підключення блоків ПК до системи енергоживлення.

Системна шина забезпечує три напрями передачі:

• - між мікропроцесором та основною пам'яттю;
• - між мікропроцесором і портами введення-виведення зовнішніх пристроїв;
• - між основною пам'яттю та портами введення-виведення зовнішніх пристроїв (у режимі прямого доступу до пам'яті).

Усі блоки, а точніше їх порти вводу-виводу, через відповідні уніфіковані роз'єми (стики) підключаються до шини одноманітно: безпосередньо чи через контролери (адаптери). Управління системною шиною здійснюється мікропроцесором або безпосередньо, або, що частіше, через додаткову мікросхему - контролер шини, що формує основні сигнали управління. Обмін інформацією між зовнішніми пристроями та системною шиною виконується з використанням ASCII-кодів.

Основна пам'ять (ВП). Вона призначена для зберігання та оперативного обміну інформацією з іншими блоками машини. ВП містить два види пристроїв: постійне запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) і оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП).

ПЗУ служить для зберігання незмінної (постійної) програмної та довідкової інформації, дозволяє оперативно тільки зчитувати інформацію, що зберігається в ньому (змінити інформацію в ПЗУ не можна).

ОЗП призначено для оперативного запису, зберігання та зчитування інформації (програм та даних), що безпосередньо бере участь в інформаційно-обчислювальному процесі, що виконується ПК у поточний період часу. Головними перевагами оперативної пам'ятіє її висока швидкодія та можливість звернення до кожної комірки пам'яті окремо (прямий адресний доступ до комірки). Як недолік ОЗУ слід зазначити неможливість збереження інформації у ній після вимкнення живлення машини (енергозалежність).

Зовнішня пам'ять. Вона відноситься до зовнішніх пристроїв ПК і використовується для тривалого зберігання будь-якої інформації, яка може коли-небудь знадобитися для вирішення завдань. Зокрема, у зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера. Зовнішня пам'ять містить різноманітні види пристроїв, але найбільш поширеними, наявними практично на будь-якому комп'ютері, є накопичувачі на жорстких (НЖМД) і гнучких (НГМД) магнітних дисках.

Призначення цих накопичувачів - зберігання великих обсягів інформації, запис і видача інформації, що зберігається за запитом в оперативний запам'ятовуючий пристрій. Розрізняються НЖМД та НГМД лише конструктивно, обсягами збереженої інформації та часом пошуку, запису та зчитування інформації.

В якості пристроїв зовнішньої пам'яті використовуються також пристрої, що запам'ятовують, на касетній магнітній стрічці (стримери), накопичувачі на оптичних дисках (CD-ROM - Compact Disk Read Only Memory - компакт-диск з пам'яттю, тільки читається) та ін.

Джерело живлення. Це блок, що містить системи автономного та мережевого енергоживлення ПК.

таймер. Це внутрішньомашинний електронний годинник, що забезпечує при необхідності автоматичне знімання поточного моменту часу (рік, місяць, годинник, хвилини, секунди та частки секунд). Таймер підключається до автономного джерела живлення - акумулятора та при відключенні машини від мережі продовжує працювати.

Зовнішні пристрої (ВП). Це найважливіша складова будь-якого обчислювального комплексу. Досить сказати, що за вартістю ВР іноді становлять 50 - 80% всього ПК. Від складу та характеристик ВУ багато в чому залежать можливість та ефективність застосування ПК у системах управління та у народному господарстві в цілому.

ВУ ПК забезпечують взаємодію машини з довкіллям: користувачами, об'єктами управління та іншими ЕОМ. ВУ дуже різноманітні і можуть бути класифіковані за низкою ознак. Так, за призначенням можна виділити такі види ВП:

• - Зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ВЗУ) або зовнішня пам'ятьПК;
• - діалогові засоби користувача;
• - Пристрої введення інформації;
• - пристрої виведення інформації;
• - засоби зв'язку та телекомунікації.

Діалогові засоби користувача включають до свого складу відеомонітори (дисплеї), рідше пультові машинки, що пишуть (принтери з клавіатурою) і пристрої мовного введення-виведення інформації.

Відеомонітор (дисплей) - пристрій для відображення інформації, що вводиться і виводиться з ПК.

Пристрої мовного введення-виводу відносяться до засобів мультимедіа, що швидко розвиваються. Пристрої мовного введення - це різні мікрофонні акустичні системи, «звукові миші», наприклад, зі складним програмним забезпеченням, що дозволяє розпізнавати літери і слова, що вимовляються людиною, ідентифікувати їх і закодувати.

Пристрої мовного виводу - це різні синтезатори звуку, що виконують перетворення цифрових кодів у літери та слова, які відтворюються через гучномовці (динаміки) або звукові колонки, приєднані до комп'ютера.

До пристроїв введення інформації належать:

• · Клавіатура - пристрій для ручного введення числової, текстової та керуючої інформації в ПК;
• · графічні планшети (діджитайзери) - для ручного введення графічної інформації, зображень шляхом переміщення планшетом спеціального покажчика (пера); при переміщенні пера автоматично виконуються зчитування координат його розташування та введення цих координат у ПК;
• · Сканери (читаючі автомати) - для автоматичного зчитування з паперових носіїв та введення в ПК машинописних текстів, графіків, малюнків, креслень; у пристрої кодування сканера в текстовому режимі лічені символи після порівняння з еталонними контурами спеціальними програмами перетворюються на ASCII коди, а в графічному режимі лічені графіки і креслення перетворюються в послідовності двовимірних координат;
• · маніпулятори (пристрою вказівки): джойстик - важіль, миша, трекбол - куля в оправі, світлове перо та ін. - для введення графічної інформації на екран дисплея шляхом керування рухом курсору по екрану з наступним кодуванням координат курсору та введенням їх у ПК;
• · сенсорні екрани- для введення окремих елементів зображення, програм або команд із поліекрана дисплея у ПК.

До пристроїв виведення інформації належать:

• · Принтери - принтери для реєстрації інформації на паперовий носій;
• · Графобудівники (плотери) - для виведення графічної інформації (графіків, креслень, малюнків) з ПК на паперовий носій; плоттери бувають векторні з кресленням зображення за допомогою пера та растрові: термографічні, електростатичні, струменеві та лазерні. За конструкцією плотери поділяються на планшетні та барабанні. Основні характеристики всіх плотерів приблизно однакові: швидкість креслення - 100 - 1000 мм/с, у найкращих моделейможливі кольорове зображення та передача півтонів; найбільша роздільна здатність і чіткість зображення у лазерних плотерів, але вони найдорожчі.

Пристрої зв'язку та телекомунікації використовуються для зв'язку з приладами та іншими засобами автоматизації (узгоджувачі інтерфейсів, адаптери, цифро-аналогові та аналого-цифрові перетворювачі тощо) та для підключення ПК до каналів зв'язку, до інших ЕОМ та обчислювальних мереж (мережеві інтерфейсні) плати, «стики», мультиплексори передачі, модеми).

Зокрема мережний адаптер є зовнішнім інтерфейсомПК та служить для підключення його до каналу зв'язку для обміну інформацією з іншими ЕОМ, для роботи у складі обчислювальної мережі. У глобальних мережахфункції мережевого адаптеравиконує модулятор-демодулятор (модем).

Багато з названих вище пристроїв відносяться до умовно виділеної групи – засобів мультимедіа.

Засоби мультимедіа(multimedia - «багатосередовища») - це комплекс апаратних і програмних засобів, що дозволяють людині спілкуватися з комп'ютером, використовуючи різні, природні для себе середовища: звук, відео, графіку, тексти, анімацію та ін.

До засобів мультимедіа належать пристрої мовного введення та виведення інформації: широко поширені вже зараз сканери (оскільки вони дозволяють автоматично вводити в комп'ютер друковані тексти та малюнки); високоякісні відео - (video-) та звукові (sound-) плати, плати відеозахоплення (videograbber), що знімають зображення з відеомагнітофона або відеокамери та вводять його в ПК; високоякісні акустичні та відеовідтворювальні системи із підсилювачами, звуковими колонками, великими відеоекранами. Але, мабуть, ще з великою підставою до засобів мультимедіа відносять зовнішні запам'ятовуючі пристрої великої ємностіна оптичних дисках, які часто використовуються для запису звукової та відеоінформації.

Вартість компактних дисків (CD) при їх масовому тиражуванні невисока, а враховуючи їхню велику ємність (650 Мбайт, а нових типів - 1 Гбайт і вище), високі надійність і довговічність, вартість зберігання інформації на CD для користувача виявляється незрівнянно меншою, ніж на магнітних. диски. Це вже призвело до того, що більшість програмних засобів різного призначення поставляється на CD. На компакт-дисках за кордоном організовуються великі бази даних, цілі бібліотеки; на CD представлені словники, довідники, енциклопедії; навчальні та розвиваючі програми з загальноосвітніх та спеціальних предметів.

CD широко використовуються, наприклад, для вивчення іноземних мов, правил дорожнього руху, бухгалтерського обліку, законодавства взагалі та податкового законодавства зокрема. І все це супроводжується текстами та малюнками, мовленнєвою інформацією та мультиплікацією, музикою та відео. У чисто побутовому аспекті CD можна використовуватиме зберігання аудіо- і відеозаписів, тобто. використовувати замість плеєрних аудіокасет та відеокасет. Слід згадати, звичайно, і про велику кількість програм комп'ютерних ігор, що зберігаються на CD.

Таким чином, CD-ROM відкриває доступ до величезних обсягів різноманітної і за функціональним призначенням, і серед відтворення інформації, записаної на компакт-дисках.

Додаткові схеми. До системної шини і МП ПК поряд з типовими зовнішніми пристроями можуть бути підключені і деякі додаткові плати з інтегральними мікросхемами, що розширюють та покращують функціональні можливостімікропроцесора: математичний співпроцесор, контролер прямого доступу до пам'яті, співпроцесор введення-виведення, контролер переривань та ін.

Математичний співпроцесор широко використовується для прискореного виконання операцій над двійковими числамиз плаваючою комою, над двійково-кодованими десятковими числамидля обчислення деяких трансцендентних, у тому числі тригонометричних, функцій. Математичний співпроцесор має власну систему команд і працює паралельно (суміщення у часі) з основним МП, але під керівництвом останнього. Прискорення операцій відбувається у десятки разів. Моделі МП, починаючи з МП 80486 DX, включають співпроцесор у свою структуру.

Контролер прямого доступу до пам'яті звільняє МП від прямого управління накопичувачами на магнітних дисках, що значно підвищує ефективну швидкодію ПК. Без цього контролера обмін даними між ВЗУ та ОЗУ здійснюється через регістр МП, а за його наявності дані безпосередньо передаються між ВЗУ та ОЗУ, минаючи МП

Співпроцесор введення-виведення за рахунок паралельної роботи з МП значно прискорює виконання процедур введення-виведення при обслуговуванні кількох зовнішніх пристроїв (дисплей, принтер, НЖМД НГМД та ін.): звільняє МП від обробки процедур введення-виведення, у тому числі реалізує режим прямого доступу до пам'яті.

Найважливішу роль грає у ПК контролер переривань.

Переривання- тимчасовий зупинення виконання однієї програми з метою оперативного виконання іншої, Наразіважливішої (пріоритетної) програми.

Переривання виникають під час роботи комп'ютера постійно. Досить сказати, що всі процедури введення-виведення інформації виконуються за перериваннями, наприклад, переривання від таймера виникають і обслуговуються контролером переривань 18 разів на секунду (звісно, ​​користувач їх не помічає).

Контролер переривань обслуговує процедури переривання, приймає запит на переривання зовнішніх пристроїв, визначає рівень пріоритету цього запиту і видає сигнал переривання в МП. МП, отримавши цей сигнал, призупиняє виконання поточної програми та переходить до виконання спеціальної програмиобслуговування того переривання, яке запросило зовнішній пристрій. Після завершення програми обслуговування відновлюється виконання перерваної програми. Контролер переривань є програмованим.

3. Лекція. Архітектура сучасних високопродуктивних ЕОМ. Функціональна структура комп'ютера. Основні функціонування концепції. Програмне забезпечення комп'ютера. Основи алгоритмізації.

1. 
   
   1. 
      Пристрій введення
   2. 
      Блок пам'яті
   3. 
      Арифметико-логічний пристрій
   4. 
      Блок виведення
   5. 
      Блок керування
2. 
   Основні концепції функціонування
3. 
   Структура шини
4. 
   Програмне забезпечення
   1. 
      Етапи підготовки та вирішення завдань на ЕОМ
   2. 
      Алгоритми та способи їх опису

Функціональна структура комп'ютера

Як випливає з рис. 3.1, комп'ютер складається з п'яти основних, функціонально незалежних елементів:

Пристрій введення,

Пристрій пам'яті,

Арифметико-логічний пристрій,

Пристрій виведення та

Пристрій керування.

Пристрій введення приймає через цифрові лінії зв'язку закодовану інформацію від операторів, електромеханічних пристроїв типу клавіатури або інших комп'ютерів мережі. Отримана інформація або зберігається в пам'яті комп'ютера для подальшого застосування, або негайно використовується арифметичними та логічними схемами для виконання необхідних операцій. Послідовність кроків обробки визначається програмою, що зберігається в пам'яті. Отримані результати відправляються назад, у світ, за допомогою пристрою вывода. Усі ці дії координуються блоком керування. На рис. 3.1. навмисно не показано зв'язок між функціональними пристроями. Пояснюється це тим, що такі зв'язки можуть бути по-різному реалізовані. Як саме, ви зрозумієте дещо пізніше. Арифметичні та логічні схеми в комплексі з головними керуючими схемами називають процесором, а все разом узяте обладнання для введення та виведення часто називають пристроєм вводу-виводу (input-output unit).

Тепер звернемося до оброблюваної комп'ютером інформації. Її зручно розділяти на дві основні категорії: команди та дані. Команди, або машинні команди, - це явно задані інструкції, які:

Керують пересиланням інформації всередині комп'ютера, а також між комп'ютером та його пристроями вводу-виводу;

Визначають арифметичні та логічні операції, що підлягають виконанню.

Список команд, які виконують певне завдання, називається програмою. Зазвичай програми зберігаються у пам'яті. Процесор по черзі витягує команди програми з пам'яті та реалізує обумовлені ними операції. Комп'ютер повністю керується програмою, що зберігається , якщо не брати до уваги можливість зовнішнього втручання оператора і приєднаних до машини пристроїв вводу-виводу.

Дані - це числа та закодовані символи, що використовуються як операнди команд. Однак термін "дані" часто використовується для позначення будь-якої цифрової інформації. Відповідно до цього визначення сама програма (тобто список команд) також може вважатися даними, якщо вона обробляється іншою програмою. Прикладом обробки однією програмою іншою є компіляція вихідної програми, написаної мовою високого рівня, до списку машинних команд, що складають програму машинною мовою, Яка називається об'єктною програмою. Вихідна програма надходить на вхід компілятора, який транслює її в програму машинною мовою.

Мал. 3.1. Базові функціональні пристрої комп'ютера

Інформація, призначена для обробки комп'ютером, повинна бути закодована, щоб мати відповідний формат для комп'ютера. Сучасне апаратне забезпечення здебільшого засноване на цифрових схемах, у яких є тільки два стійкі стани, ON і OFF (див. лекцію 2). В результаті кодування будь-яке число, символ або команда перетворюється на рядок двійкових цифр, званих бітами, кожен з яких має одне з двох можливих значень: 0 або 1. Для представлення чисел (як зрозуміло з лекції 4) зазвичай використовується позиційна двійкова нотація. Іноді застосовується двійково-десятковий формат (Binary-Coded Decimal, BCD), відповідно до якого кожна десяткова цифра кодується окремо за допомогою чотирьох біт.

Літери та цифри також надаються за допомогою двійкових кодів. Для них розроблено декілька різних схемкодування. Найбільш поширеними вважаються схеми ASCII (American Standard Code for Information Interchange – американський стандартний код для обміну інформацією), де кожен символ представлений 7-бітовим кодом, та EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code – розширений двійково-десятковий код для обміну інформацією), в якому кодування символу використовується 8 біт.

3.1.1. Пристрій введення

Комп'ютер приймає кодовану інформацію через пристрій введення, завданням якого є читання даних. Найбільш поширеним пристроєм введення є клавіатура. Коли користувач натискає клавішу, відповідна літера чи цифра автоматично перетворюється на певний двійковий код і кабелем пересилається або пам'ять, або процесору.

Існує й низка інших пристроїв введення, серед яких джойстики, трекболи та миші. Вони використовуються спільно з дисплеєм як графічні вхідні пристрої. Мікрофони можна використовувати для введення звуку. Звукові коливання, що сприймаються ними, вимірюються і конвертуються в цифрові коди для зберігання та обробки.

3.1.2. Блок пам'яті

Завданням блоку пам'яті є зберігання програм та даних. Існує два класи запам'ятовуючих пристроїв, а саме первинні та вторинні. Первинний пристрій (primary storage) - це пам'ять, швидкодія якої визначається швидкістю роботи електронних схем. Поки програма виконується, вона повинна зберігатися у первинній пам'яті. Ця пам'ять складається з великої кількості напівпровідникових осередків, кожна з яких може зберігати один біт інформації. Осередки рідко зчитуються окремо - зазвичай вони обробляються групами фіксованого розміру, званими словами. Пам'ять організована так, що вміст одного слова, що містить n біт, може записуватись або зчитуватися за одну базову операцію.

Для полегшення доступу до слів у пам'яті з кожним словом зв'язується окрема адреса. Адреси - це числа, що ідентифікують конкретні розташування слів у пам'яті. Для того, щоб прочитати слово з пам'яті або записати його в таку, необхідно вказати його адресу і задати команду, що управляє, яка почне відповідну операцію.

Кількість бітів у кожному слові часто називають довжиною машинного слова. Зазвичай слово має довжину від 16 до 64 біт. Одним із факторів, що характеризують клас комп'ютера, є ємність його пам'яті. Малі машини зазвичай можуть зберігати лише кілька десятків мільйонів слів, тоді як середні та великі машини зазвичай здатні зберігати сотні мільйонів та мільярди слів. Типовими одиницями вимірювання кількості оброблюваних машиною даних є слово, кілька слів чи частину слова. Як правило, протягом одного звернення до пам'яті зчитується або записується лише одне слово.

Під час виконання програма має бути у пам'яті. Команди та дані повинні записуватися в пам'ять та зчитуватися з пам'яті під керуванням процесора. Винятково важлива можливість максимально швидкого доступу до будь-якого слова пам'яті. Пам'ять, до будь-якої точки якої можна отримати доступ за короткий та фіксований час, називається пам'яттю з довільним доступом (Random-Access Memory, RAM). Час, необхідний для одного слова, називається часом доступу до пам'яті. Це час завжди однаково, незалежно від цього, де розташовується потрібне слово. Час доступу до пам'яті в сучасних пристроях RAM становить від декількох наносекунд до 100. Пам'ять комп'ютера зазвичай є ієрархічною структурою, що складається з трьох або чотирьох рівнів напівпровідникових RAM-елементів з різною швидкістю і різним розміром. Найбільш швидкодіючим типом RAM-пам'яті є кеш-пам'ять (або кеш). Вона безпосередньо пов'язана з процесором і часто знаходиться на одному з ним інтегрованому чіпі, завдяки чому процесор значно прискорюється. Пам'ять більшої ємності, але менш швидка називається основною пам'яттю (main memory). Далі в цій лекції процес доступу до інформації в пам'яті описується докладніше, а пізніше детально розглянемо принципи її функціонування та питання, пов'язані з продуктивністю.

Первинні пристрої є виключно важливими компонентами для комп'ютера, але вони досить дорогі. Тому комп'ютери обладнуються додатковими, дешевшими вторинними пристроями, що запам'ятовують, використовуються для зберігання великих обсягів даних і великої кількості програм. В даний час таких пристроїв є чимало. Але найбільшого поширення набули магнітні диски, магнітні стрічки та оптичні диски (CD-ROM).

3.1.3. Арифметико-логічний пристрій

Більшість комп'ютерних операцій виконується в арифметико-логічному пристрої (АЛП) процесора. Розглянемо типовий приклад. Припустимо, нам потрібно скласти два числа, що знаходяться в пам'яті. Ці числа пересилаються в процесор, де АЛУ виконує їхнє складання. Отримана сума може бути записана на згадку або залишена в процесорі для негайного використання.

Будь-які інші арифметичні чи логічні операції, у тому числі множення, розподіл та порівняння чисел, починаються з пересилання цих чисел у процесор, де АЛУ має виконати відповідну операцію. Коли операнди переносяться в процесор, вони зберігаються у високошвидкісних елементах пам'яті, які називаються регістрами. Кожен регістр може зберігати одне слово. Час доступу до регістрів процесора навіть менше часу доступу до найшвидшої кеш-пам'яті.

Керівне та арифметико-логічне пристрої працюють у багато разів швидше, ніж усі інші пристрої, підключені до комп'ютерної системи. Це дозволяє одному процесору контролювати безліч зовнішніх пристроїв, таких як клавіатури, дисплеї, магнітні та оптичні диски, сенсори та механічні керуючі пристрої.

3.1.4. Блок виведення

Функція блоку виведення протилежна функції блоку введення: він спрямовує результати обробки так званий зовнішній світ. Типовим прикладом пристрою виведення є принтер. Для друку в принтерах використовуються ударні механізми, головки, струмини чорнила, що виприскують, або технології фотокопіювання, як в лазерних принтерів. Існують принтери, які можуть друкувати до 10 000 рядків на хвилину. Для механічного пристрою це величезна швидкість, але в порівнянні з швидкодією процесора вона дуже мала.

Деякі пристрої, зокрема графічні дисплеї, виконують одночасно і функцію виведення, і функцію введення. Тому вони називаються пристроями введення-виведення.

3.1.5. Блок керування

Пристрої пам'яті, арифметики та логіки, введення та виведення зберігають та обробляють інформацію, а також виконують операції введення та виведення. Роботу таких пристроїв потрібно якось координувати. Саме цим і займається блок керування. Це, якщо можна так висловитися, нервовий центр комп'ютера, що передає сигнали, що управляють іншим пристроям і відстежує їх стан.

Управління операціями введення-виведення здійснюється командами програм, в яких ідентифікуються відповідні пристрої введення-виведення та дані, що пересилаються. Однак реальні синхронізуючі сигнали (timing signals), що керують пересиланням, генеруються керуючими схемами. Синхронізуючі сигнали - це сигнали, що визначають, коли має бути виконана дана дія. Крім того, за допомогою синхронізуючих сигналів, що генеруються блоком управління, здійснюється передача даних між процесором та пам'яттю. Блок управління можна уявити як окремий пристрій, взаємодіє з іншими частинами машини. Але практично так буває рідко. Більшість схем, що управляють, фізично розподілена по різних місцях комп'ютера. Сигнали, які використовуються для синхронізації подій і дій всіх пристроїв, передаються по безлічі ліній (дротів), що керують. В цілому, функціонування комп'ютера можна описати так:

• 
  Комп'ютер за допомогою блоку введення приймає інформацію у вигляді програм та даних і записує її на згадку.
• 
  Інформація, що зберігається в пам'яті, під управлінням програми пересилається в арифметико-логічний пристрій для подальшої обробки.
• 
  Дані, отримані в результаті обробки інформації, надсилаються на пристрої виведення.
• 
  За всі дії, що виробляються всередині машини, відповідає блок керування.

Як було зазначено у розділі 3.1, діями комп'ютера керують інструкції. Для виконання конкретного завдання на згадку записується відповідна програма, що складається з безлічі команд. Команди по черзі пересилаються з пам'яті процесор, який їх виконує. Дані, що використовуються як операнди команд, також зберігаються в пам'яті. Ось приклад типової команди:

Ця команда складає операнд, що зберігається в пам'яті за адресою LOCA, з операндом, що зберігається в регістрі процесора R0, і поміщає результат в цей же регістр. Початковий вміст пам'яті за адресою LOCA не змінюється, а вміст регістру R0 перезаписується. Ця команда виконується у кілька етапів. Спочатку вона пересилається з пам'яті процесор. Потім операнд команди зчитується з пам'яті на адресу LOCA і складається з вмістом регістра R0, після чого результуюча сума записується в регістр R0.

В описаній команді Add поєднуються дві операції: доступ до пам'яті та операція АЛУ. У багатьох сучасних комп'ютерах ці два типи операцій виконуються за допомогою окремих команд. Такий поділ ґрунтується на міркуваннях продуктивності, про які ми поговоримо нижче. Наведена вище команда може бути реалізована у вигляді двох команд:

1) Load R3,LOCA для Intel Architecture (IA-32): mov bx,loca

Add R0,R3 add ax,bx

Перша з цих команд копіює вміст пам'яті за адресою LOCA регістр процесора R1, а друга команда складає вміст регістрів R1 і R0 і поміщає суму в регістр R0. Зауважте, що в результаті виконання двох команд вихідний вміст обох регістрів знищується, а вміст пам'яті за адресою LOCA зберігається.

Пересилання даних між пам'яттю і процесором починається з надсилання до пристрою пам'яті адреси слова, до якого потрібно отримати доступ, і видачі відповідних сигналів керування. Потім дані пересилаються на пам'ять або з пам'яті.

На рис. 3.2 показано, як з'єднуються між собою пам'ять та процесор. Крім того, малюнок ілюструє кілька важливих особливостей функціонування процесора, про які ми ще не говорили. На ньому не показана реальна схема з'єднань цих компонентів, оскільки ми обговорюємо тільки їх функціональні характеристики. Більш детально з'єднання компонентів описується розділ 8 при розгляді конструкції процесора.

Крім АЛУ та керуючих схем процесор містить безліч регістрів, призначених для різних цілей. У регістрі команди (Instruction Register, IR) міститься код команди, що виконується в даний момент. Її результат доступний керуючим схемам, які генерують сигнали для керування різними елементами, що беруть участь у виконанні команди. Ще один спеціалізований регістр, званий лічильником команд (Program Counter, PC), служить контролю за ходом виконання програми. У ньому міститься адреса наступної команди, що підлягає вибірці та виконанню. Поки виконується чергова команда, вміст регістру PC оновлюється - записується адреса наступної команди. Говорять, що регістр PC вказує на команду, яка має бути обрана з пам'яті. Крім регістрів IR та PC на рис. 3.2 показано n регістрів загального призначення, від R0 до R„-i. Навіщо вони потрібні, пояснюється у розділі 2.

Зрештою, ще два регістри забезпечують взаємодію з пам'яттю. Це регістр адреси (Memory Address Register, MAR) та регістр даних (Memory Data Register, MDR). У регістрі MAR міститься адреса, яким виробляється звернення до пам'яті, а регістрі MDR - дані, які мають бути записані на згадку чи прочитані з такої за цією адресою.

Розглянемо типовий процес виконання програми комп'ютером. Програма знаходиться в пам'яті, куди зазвичай потрапляє через вхідний пристрій. Її виконання починається із запису в регістр PC адреси першої команди. Вміст цього регістру пересилається в регістр MAR, а пам'ять направляється сигнал Read. Коли закінчується час, необхідний доступу до пам'яті, слово, що адресується (в даному випадку - перша команда програми) зчитується з пам'яті і завантажується в регістр MDR. Потім вміст регістра MDR пересилається регістр IR. Команда готова до декодування та виконання.

Якщо команда вимагає, щоб АЛУ виконало певну операцію, необхідно отримати операнди. Операнд, що знаходиться в пам'яті (він може бути і в регістрі загального призначення), необхідно спочатку з такої витягти, переславши його адресу в регістр MAR і ініціалізувавши цикл Read. Після пересилання з пам'яті до регістра MDR операнд буде направлено в АЛУ. Аналогічним чином туди будуть передані й інші необхідні команді операнди, після чого АЛУ зможе виконати необхідну операцію. Якщо результат має бути збережений у пам'яті, він буде записаний у регістр MDR. Потім адресу, за якою його потрібно записати на згадку, буде поміщено в регістр MAR, після чого буде ініційовано цикл Write. У якийсь момент під час виконання поточної інструкції вміст регістру PC збільшується, і він починає вказувати на наступну інструкцію, що підлягає виконанню. Іншими словами, як тільки завершиться виконання поточної інструкції, можна буде розпочати вибірку наступної.

Мал. 3.2.З'єднання між процесором та пам'яттю

Комп'ютер не тільки пересилає дані між пам'яттю та процесором, але й приймає їх від вхідних пристроїв, а також надсилає вихідним пристроям. Тому серед машинних команд є й команди виконання операцій вводу-вывода.

Якщо виникла потреба терміново обслужити деякий пристрій (наприклад, коли пристрій моніторингу в автоматизованому промисловому процесі виявить небезпечну ситуацію), нормальне виконання програми може бути перервано. Щоб негайно відреагувати на цю ситуацію, комп'ютер повинен перервати виконання поточної програми. З цією метою пристрій генерує сигнал переривання. Переривання (interrupt) - це запит, що надходить від введення-виводу, з вимогою надати йому процесорний час. Для обслуговування пристрою процесор виконує відповідну програму обробки переривання. Оскільки її виконання може змінити внутрішній стан процесора, перед обслуговуванням переривання потрібно зберегти його стан у пам'яті. Зазвичай під час цієї операції зберігається вміст регістру PC, регістрів загального призначення та деяка інформація, що управляє. Після завершення роботи програми обробки переривання стан процесора відновлюється і перервана програма продовжує свою роботу. Процесор з усіма його елементами (рис. 3.2) зазвичай реалізується у вигляді однієї мікросхеми, на якій розташовується як мінімум один пристрій кеш-пам'яті. Такі чіпи називаються VLSI (VLSI – абревіатура від Very Large Scale Integration, що перекладається як дуже великомасштабна інтеграція).

Вступ

Один із найважливіших факторів науково-технічного прогресу – широка автоматизація та комп'ютеризація виробництва. Майже кожне підприємство чи установа обслуговується обчислювальним центром, обладнаним комп'ютерами.

У зв'язку з цим дуже важливо зробити правильний вибірдля придбання персонального комп'ютера (ПК). Обґрунтований вибір ПК – одна з проблем усіх користувачів комп'ютерів. Шляхів її вирішення кілька:

залучення незалежних спеціалістів – експертів;

використання власних знань, набутого досвіду, інтуїції;

облік відомостей, набутих у літературі наукового та рекламного характеру.

Тому як теоретична частина даної курсової роботиобрано дуже актуальну, на мою думку, тему «Функціональна та структурна організація комп'ютера».

Теоретична частина цієї роботи складається з наступних пунктів:

1. Введення; 2. Структурна організація ПК; 3. Функціональна організація ПК; 4.Висновок.

У практичній частині роботи при оформленні звіту про реалізацію рішення економічного завдання на ПК слід керуватися нижче наведеним планом: 1. Загальна характеристиказавдання; 2. Вибір пакета прикладних програм (ППП); 3. Проектування форм вихідних даних та графічне уявленняданих щодо обраної задачі; 4. Результати виконання контрольного приклада; 5. Інструкція користувача.

Для виконання та оформлення роботи використовувалися такі ППП: Microsoft Word, Access, Excel.

Ця робота виконана на ПК з мікропроцесором AMD Athlon XP 1500+ об'ємом оперативної пам'яті DDR 512 Мбайт.

Теоретична частина

Структурна організація ПК

Персональний комп'ютер містить безліч електронних елементів, які об'єднуються у більші компоненти, - модулі, вузли, ланцюги, схеми, блоки тощо. Якщо з цієї різноманітності електронних компонентів вилучити хоча б один, то вся інформаційно-обчислювальна комп'ютерна система перестане працювати.

ПК є універсальною мікропроцесорною системою, яка може застосовуватися як в автономному режимі, так і в мережах і задовольняє вимогам універсальності застосування.

Є багато моделей ПК. Їх ділять на 2 групи:

а) комп'ютери IBM – сумісні;

б) комп'ютери фірми Apple.

Серцем комп'ютера є мікропроцесор (МП) - центральний блок комп'ютера, призначений керувати роботою решти блоків машини й у виконання арифметичних і логічних операцій над даними. МП є функціонально закінчений програмно-керований пристрій обробки інформації. Він виконаний у вигляді однієї чи кількох великих чи надвеликих інтегральних схем. До складу МП входять:

пристрій управління – керує роботою всіх блоків машини;

арифметико-логічний пристрій - виконуються всі арифметичні та логічні операції над даними;

мікропроцесорна пам'ять - призначена для короткочасного зберігання, запису та видачі інформації, яка безпосередньо застосовується у обчисленнях у найближчих тактах роботи машини;

інтерфейсна система мікропроцесора - забезпечує з'єднання та зв'язок з іншими пристроями комп'ютера. Інтерфейс - сукупність засобів з'єднання та зв'язку пристроїв комп'ютера, що забезпечує їх ефективну взаємодію.

Незважаючи на величезну різноманітність обчислювальної технікита її надзвичайно швидке вдосконалення, фундаментальні принципи влаштування машин багато в чому залишаються незмінними. Зокрема, починаючи з перших поколінь, будь-який персональний комп'ютер складається з таких основних пристроїв: процесор, пам'ять (внутрішня та зовнішня) та пристрої введення та виведення інформації. Розглянемо докладніше призначення кожного їх.

Процесор – головний пристрій комп'ютера

Процесор є основним пристроєм комп'ютера, у якому власне відбувається обробка всіх видів інформації. Іншою важливою функцією процесора є забезпечення узгодженої дії всіх вузлів, що входять до комп'ютера. Відповідно найбільш важливими частинами процесора є арифметико-логічний пристрій АЛП та пристрій управління УУ.

Кожен процесор здатний виконувати певний набір універсальних інструкцій, званих найчастіше машинними командами. Який саме цей набір визначається пристроєм конкретного процесора, але він не дуже великий і в основному аналогічний для різних процесорів. p align="justify"> Робота персонального комп'ютера полягає у виконанні послідовності таких команд, підготовлених у вигляді програми. Процесор здатний організувати зчитування чергової команди, її аналіз та виконання, а також при необхідності прийняти дані або надіслати результати їх обробки на потрібний пристрій. Вибрати, яку інструкцію програми виконувати наступною, також має сам процесор, причому результат цього вибору часто може залежати від інформації, що обробляється в даний момент.

Хоча всередині процесора завжди є спеціальні осередки (регістри) для оперативного зберігання оброблюваних даних та деякої службової інформації, у ньому свідомо не передбачено місце для зберігання програми. Для цієї важливої ​​мети в комп'ютері є інший пристрій – пам'ять. Розглянемо лише найважливіші види комп'ютерної пам'яті, оскільки її асортимент безперервно розширюється і поповнюється новими і новими типами.

Пам'ять у цілому призначена для зберігання як даних, так і програм їх обробки: згідно з фундаментальним принципом фон Неймана, для обох типів інформації використовується єдиний пристрій.

Пам'ять комп'ютера

Починаючи з перших персональних комп'ютерів, пам'ять відразу почали ділити на внутрішню та зовнішню. Історично це справді було пов'язане з розміщенням усередині або поза процесорною шафою. Однак із зменшенням розмірів машин усередину основного процесорного корпусу вдавалося помістити все більшу кількість пристроїв, і первісний безпосередній зміст цього поділу поступово втратився. Проте термінологія збереглася.

Внутрішня пам'ять

Під внутрішньою пам'яттю сучасного комп'ютера прийнято розуміти електронну пам'ять, що швидко діє, розташовану на його системній платі. Нині така пам'ять виготовляється на базі найсучасніших напівпровідникових технологій (раніше використовувалися магнітні пристроїна основі феритових сердечників – зайве свідчення того, що конкретні фізичні принципи значення не мають). Найбільш істотна частина внутрішньої пам'ятіназивається ОЗУ - оперативне запам'ятовуючий пристрій. Його головне призначення полягає в тому, щоб зберігати дані та програми для вирішуваних в даний момент завдань. Напевно, кожному користувачеві відомо, що при вимкненні живлення вміст ОЗУ повністю втрачається. До складу внутрішньої пам'яті сучасного комп'ютера крім ОЗУ також входять деякі інші різновиди пам'яті. Тут згадаємо тільки про постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ), в якому зокрема зберігається інформація, необхідна для початкового завантаження комп'ютера в момент живлення. Як очевидно з назви, інформація у ПЗУ не залежить від стану комп'ютера (для кращого розуміння можна вказати на деяку аналогію між інформацією ПЗУ та “вродженими” безумовними рефлексами у живих істот). Раніше вміст ПЗУ раз і назавжди формувався на заводі, а тепер сучасні технології дозволяють у разі потреби оновлювати його навіть не виймаючи з комп'ютерної плати.

Зовнішня пам'ять

Зовнішня пам'ять реалізується як досить різноманітних пристроїв зберігання інформації та зазвичай конструктивно оформляється як самостійних блоків. Сюди, перш за все, слід віднести накопичувачі на гнучких і жорстких магнітних дисках (останні кілька жаргонних користувачів часто називають вінчестерами), а також оптичні дисководи(Пристрої для роботи з CD ROM). У конструкції пристроїв зовнішньої пам'яті є частини, що механічно рухаються, тому швидкість їх роботи істотно нижча, ніж у повністю електронної внутрішньої пам'яті. Проте зовнішня пам'ять дозволяє зберегти величезні обсяги інформації з метою подальшого використання. Підкреслимо, що інформація у зовнішній пам'яті, перш за все, призначена для самого комп'ютера і тому зберігається у зручній формі; людина без використання машини неспроможна, наприклад, навіть віддалено уявити вміст немаркованої дискети чи диска CD ROM.

Сучасні програмні системиздатні об'єднувати внутрішню і зовнішню пам'ять в єдине ціле, причому так, щоб рідко використовувана інформація потрапляла в більш повільно працюючу зовнішню пам'ять. Такий метод дає можливість дуже істотно розширити обсяг інформації, що обробляється за допомогою комп'ютера.

Якщо процесор доповнити пам'яттю, то така система може бути працездатною. Її суттєвим недоліком є ​​неможливість дізнатися щось про те, що відбувається всередині такої системи. Для отримання інформації про результати необхідно доповнити комп'ютер пристроями виводу, які дозволяють подати їх у доступній людському сприйняттю формі. Найбільш поширеним пристроєм виведення є дисплей, здатний швидко та оперативно відображати на своєму екрані як текстову, так і графічну інформацію. Для отримання копії результатів на папері використовують принтер або принтер.

Пристрої введення

Нарешті, оскільки користувачеві часто потрібно вводити нову інформацію в комп'ютерну систему, необхідні ще й пристрої введення. Найпростішим пристроєм введення є клавіатура. Широке поширення програм з графічним інтерфейсомсприяло популярності іншого пристрою введення – маніпулятора миша. Зрештою, дуже ефективним сучасним пристроємДля автоматичного введення інформації в комп'ютер є сканер, що дозволяє не просто перетворити картинку з аркуша паперу в графічний комп'ютерний файл, але і за допомогою спеціального програмного забезпечення розпізнати текст і зберегти його у вигляді, придатному для редагування в звичайному текстовому редакторі.

Функціональна схема сучасного комп'ютера

Тепер, коли ми знаємо основні пристрої комп'ютера та їх функції, залишилося з'ясувати, як взаємодіють між собою. Для цього звернемося до функціональної схеми сучасного комп'ютера, яка наведена на малюнку.

Малюнок 1

Для зв'язку основних пристроїв комп'ютера між собою використовується спеціальна інформаційна магістраль, яку зазвичай називають інженерами шиною. Шина складається із трьох частин:

шина адреси, на якій встановлюється адреса необхідної комірки пам'яті або пристрою, з яким відбуватиметься обмін інформацією;

шина даних, за якою власне і буде передано необхідну інформацію; і наостанок,

шина керування, що регулює цей процес (наприклад, один із сигналів на цій шині дозволяє комп'ютеру розрізняти між собою адреси пам'яті та пристроїв введення/виводу).

Розглянемо як приклад, як процесор читає вміст комірки пам'яті. Переконавшись, що шина в даний момент вільна, процесор поміщає на шину адреси потрібну адресу та встановлює необхідну службову інформацію (операція – читання, пристрій – ОЗП тощо) на шину керування. Тепер йому залишається лише чекати на відповідь від ОЗУ. Останнє, "побачивши" на шині звернений до нього запит на читання інформації, витягує вміст необхідного осередку і поміщає його на шину даних. Особливо відзначимо, що обмін по шині за певних умов і за наявності певного допоміжного обладнання може відбуватися без безпосередньої участі процесора, наприклад, між пристроєм введення і внутрішньою пам'яттю.

Підкреслимо також, що описана нами функціональна організація комп'ютерів практично може бути значно складніше. Сучасний комп'ютерможе містити кілька узгоджених процесорів, прямі інформаційні канали між окремими пристроями, кілька взаємодіючих магістралей і т.д. Тим не менш, якщо розуміти найбільш загальну схему, Розібратися в конкретній комп'ютерній системі буде вже легше. Магістральна структура дозволяє легко під'єднувати до комп'ютера саме зовнішні пристрої, які потрібні для даного користувача. Завдяки їй вдається скомпонувати із стандартних блоків будь-яку індивідуальну конфігурацію комп'ютера.

Подібна інформація.

Федеральне агентство з освіти

Державне освітнє

установа вищої професійної освіти

"Томський політехнічний університет"

Факультет АВТ

Кафедра ВТ

«СУЧАСНИЙ СТАН, СТРУКТУРНО-ФУНКЦІОНАЛЬНА ОРГАНІЗАЦІЯ І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ НАСТІЛЬНИХ ПК».

Введение………………………………………………………………………..3

I. Функціонально-структурна організація ПК……………………………4

ІІ. Сучасний стан настільних ПК………………………………..14

ІІІ. Перспективи розвитку настільних ПК………………………………...16

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

Список литературы…………………………………………………………..20

Вступ

В наш час, коли комп'ютерні технологіїрозвиваються стрімкими темпами, з'явилося безліч нових архітектур, «різновидів» обчислювальних машин, і приналежність пристрою до того чи іншого різновиду визначає його призначення і завдання, що ставляться перед ним.

В останні роки широкого поширення набули настільні персональні комп'ютери (ПК). Строго кажучи, комп'ютер – це комплекс технічних та програмних засобів, призначених для автоматичного оброблення інформації в процесі вирішення обчислювальних та інформаційних завдань. Під архітектурою ЕОМ розуміється загальна функціональна та структурна організація машини, що визначає методи кодування даних, склад, призначення, принципи взаємодії технічних засобівта програмного забезпечення. Для будь-якого комп'ютера, у тому числі настільного ПК, можна виділити такі важливі компоненти архітектури:

1. Функціональні та логічні можливості процесора (система команд, формати команд і даних, способи адресації, розрядність слів, що обробляються і т.д.)

2. Структурна організація та принципи управління апаратними засобами (центральним процесором, пам'яттю, введенням-виводом, системним інтерфейсом тощо)

3. Програмне забезпечення (операційна система, транслятори мов програмування, прикладне програмне забезпечення)

У цьому рефераті я розгляну структуру та подальші можливості розвитку настільних комп'ютерів.

Перевагами ПК є:

• мінімальна ціна, що у межах доступності для індивідуального покупателя;

• автономність експлуатації без спеціальних вимог до умов довкілля;

• гнучкість архітектури, що забезпечує її адаптивність до різноманітних застосувань у сфері управління, науки, освіти, у побуті;

• "дружність" операційної системи та іншого програмного забезпечення, що обумовлює можливість роботи з нею користувача без спеціальної професійної підготовки;

• висока надійність роботи (понад 5 тис. год напрацювання на відмову).

I . Структурно-функціональна організація ПК

Розглянемо склад та призначення основних блоків ПК:

Структурна схема персонального комп'ютера

Мікропроцесор (МП).Це центральний блок ПК, призначений для керування роботою всіх блоків машини та для виконання арифметичних та логічних операцій над інформацією.

До складу мікропроцесора входять:

• пристрій керування (УУ)- формує і подає у всі блоки машини у потрібні моменти часу певні сигнали управління (керуючі імпульси), зумовлені специфікою операції, що виконується, і результатами попередніх операцій; формує адреси осередків пам'яті, використовуваних виконуваною операцією, і передає ці адреси відповідні блоки ЕОМ; опорну послідовність імпульсів пристрій керування отримує від генератора тактових імпульсів;

• арифметико-логічний пристрій (АЛУ)- призначено для виконання всіх арифметичних та логічних операцій над числовою та символьною інформацією (у деяких моделях ПК для прискорення виконання операцій до АЛП підключається додатковий математичний співпроцесор);

• мікропроцесорна пам'ять (МВП)- служить для короткочасного зберігання, запису та видачі інформації, що безпосередньо використовується у обчисленнях у найближчі такти роботи машини. МПП будується на регістрах і використовується для забезпечення високої швидкодії машини, тому що основна пам'ять (ОП) не завжди забезпечує швидкість запису, пошуку та зчитування інформації, необхідну для ефективної роботи мікропроцесора швидкодіючого. Реєстри- швидкодіючі осередки пам'яті різної довжини (на відміну від осередків ОП, що мають стандартну довжину 1 байт і нижчу швидкодію);

• інтерфейсна система мікропроцесора- реалізує сполучення та зв'язок з іншими пристроями ПК; включає внутрішній інтерфейс МП, буферні запам'ятовуючі регістри і схеми управління портами введення-виведення (ПВВ) і системною шиною. Інтерфейс(Interface) - сукупність засобів сполучення та зв'язку пристроїв комп'ютера, що забезпечує їх ефективну взаємодію. Порт вводу-виводу (I/O ≈ Input/Output port)- апаратура пари, що дозволяє підключити до мікропроцесора інший пристрій ПК.

Генератор тактових імпульсів. Він генерує послідовність електричних імпульсів; частота імпульсів, що генеруються, визначає тактову частоту машини. Проміжок часу між сусідніми імпульсами визначає час одного такту роботи машини чи просто такт роботи машини .

Частота генератора тактових імпульсів є однією з основних характеристик персонального комп'ютера та багато в чому визначає швидкість його роботи, бо кожна операція в машині виконується за певну кількість тактів.

Системна шинаЦе основна інтерфейсна система комп'ютера, що забезпечує пару та зв'язок всіх його пристроїв між собою.

Системна шина включає:

• кодову шину даних(КШД), що містить дроти та схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів числового коду (машинного слова) операнда;

• кодову шину адреси(КША), що включає дроти та схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів коду адреси осередку основної пам'яті або порту введення-виведення зовнішнього пристрою;

• кодову шину інструкцій(КШІ), що містить дроти та схеми сполучення для передачі інструкцій (керуючих сигналів, імпульсів) у всі блоки машини;

• шину живлення,має дроти та схеми сполучення для підключення блоків ПК до системи енергоживлення.

Системна шина забезпечує три напрями передачі:

1) між мікропроцесором та основною пам'яттю;

2) між мікропроцесором та портами введення-виведення зовнішніх пристроїв;

3) між основною пам'яттю та портами введення-виведення зовнішніх пристроїв (у режимі прямого доступу до пам'яті).

Усі блоки, а точніше їх порти вводу-виводу, через відповідні уніфіковані роз'єми (стики) підключаються до шини одноманітно: безпосередньо чи через контролери (адаптери). Управління системною шиною здійснюється мікропроцесором або безпосередньо, або, що частіше, через додаткову мікросхему - контролер шини,формує основні сигнали управління. Обмін інформацією між зовнішніми пристроями та системною шиною виконується з використанням ASCII-кодів.

Основна пам'ять (ВП).Вона призначена для зберігання та оперативного обміну інформацією з іншими блоками машини. ВП містить два види запам'ятовуючих пристроїв: постійний пристрій (ПЗУ) і оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗУ).

ПЗУслужить для зберігання незмінної (постійної) програмної та довідкової інформації, дозволяє оперативно тільки зчитувати інформацію, що зберігається в ньому (змінити інформацію в ПЗУ не можна).

ОЗУпризначено для оперативного запису, зберігання та зчитування інформації (програм та даних), що безпосередньо бере участь в інформаційно-обчислювальному процесі, що виконується ПК у поточний період часу. Головними достоїнствами оперативної пам'яті є її висока швидкодія і можливість звернення до кожного осередку пам'яті окремо (прямий адресний доступ до осередку).

Зовнішня пам'ять.Вона відноситься до зовнішніх пристроїв ПК і використовується для тривалого зберігання будь-якої інформації, яка може коли-небудь знадобитися для вирішення завдань. Зокрема, у зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера. Зовнішня пам'ять містить різноманітні види пристроїв, але найбільш поширеними, наявними практично на будь-якому комп'ютері, є накопичувачі на жорстких (НЖМД) і гнучких (НГМД) магнітних дисках.

Призначення цих накопичувачів - зберігання великих обсягів інформації, запис і видача інформації, що зберігається за запитом в оперативний запам'ятовуючий пристрій. Розрізняються НЖМД та НГМД лише конструктивно, обсягами збереженої інформації та часом пошуку, запису та зчитування інформації.

В якості пристроїв зовнішньої пам'яті використовуються також пристрої, що запам'ятовують, на касетній магнітній стрічці (стримери), накопичувачі на оптичних дисках (CD-ROM - Compact Disk Read Only Memory - компакт-диск з пам'яттю, тільки читається) та ін.

Джерело живлення.Це блок, що містить системи автономного та мережевого енергоживлення ПК.

таймер.Це внутрішньомашинний електронний годинник, що забезпечує при необхідності автоматичне знімання поточного моменту часу (рік, місяць, годинник, хвилини, секунди та частки секунд). Таймер підключається до автономного джерела живлення - акумулятора та при відключенні машини від мережі продовжує працювати.

Зовнішні пристрої (ВП).Це найважливіша складова будь-якого обчислювального комплексу. Досить сказати, що у вартості ВУ іноді становлять 50 - 80% всього ПК, Від складу та показників ВУ багато в чому залежить можливість і ефективність застосування ПК у системах управління та у народному господарстві загалом.

ВУ ПК забезпечують взаємодію машини з навколишнім середовищем; користувачами, об'єктами управління та іншими ЕОМ. ВУ дуже різноманітні і можуть бути класифіковані за низкою ознак. Так, за призначенням можна виділити такі види ВП:

• зовнішні пристрої (ВЗП) або зовнішня пам'ять ПК;

• діалогові засоби користувача;

• пристрої введення інформації;

• пристрої виведення інформації;

• засоби зв'язку та телекомунікації.

Діалогові засобикористувача включають до свого складу відеомонітори (дисплеї), рідше пультові машинки, що пишуть (принтери з клавіатурою) і пристрої мовного введення-виведення інформації.

Відеомонітор (дисплей) -пристрій для відображення інформації, що вводиться і виводиться з ПК.

Пристрої мовного введення-виводувідносяться до засобів мультимедіа, що швидко розвиваються. Пристрої мовного введення - це різні мікрофонні акустичні системи, "звукові миші", наприклад, зі складним програмним забезпеченням, що дозволяє розпізнавати літери і слова, що вимовляються людиною, ідентифікувати їх і закодувати.

Пристрої мовного виводу - це різні синтезатори звуку, що виконують перетворення цифрових кодів у літери та слова, які відтворюються через гучномовці (динаміки) або звукові колонки, приєднані до комп'ютера.

До пристроїв введення інформаціївідносяться:

• клавіатура- пристрій для ручного введення числової, текстової та керуючої інформації у ПК;

• графічні планшети (діджитайзери)- для ручного введення графічної інформації, зображень шляхом переміщення планшетом спеціального покажчика (пера); при переміщенні пера автоматично виконуються зчитування координат його розташування та введення цих координат у ПК;

• сканери(Читають автомати) - для автоматичного зчитування з паперових носіїв та введення в ПК машинописних текстів, графіків, малюнків, креслень; у пристрої кодування сканера в текстовому режимі лічені символи після порівняння з еталонними контурами спеціальними програмами перетворюються на ASCII коди, а в графічному режимі лічені графіки і креслення перетворюються в послідовності двовимірних координат;

• маніпулятори(пристрою вказівки): джойстик -важіль, миша, трекбол -куля в оправі, світлове перота ін - для введення графічної інформації на екран дисплея шляхом управління рухом курсору по екрану з наступним кодуванням координат курсору та введенням їх у ПК;

• сенсорні екрани- для введення окремих елементів зображення, програм або команд із поліекрана дисплея у ПК.

• До пристроїв виведення інформаціївідносяться:

• принтери- принтери для реєстрації інформації на паперовий носій;

• графопобудівники (плотери)- для виведення графічної інформації (графіків, креслень, малюнків) із ПК на паперовий носій; плоттери бувають векторні з кресленням зображення за допомогою пера та растрові: термографічні, електростатичні, струменеві та лазерні. За конструкцією плотери поділяються на планшетні та барабанні. Основні характеристики всіх плотерів приблизно однакові: швидкість креслення – 100 – 1000 мм/с, у кращих моделей можливі кольорове зображення та передача півтонів; найбільша роздільна здатність і чіткість зображення у лазерних плотерів, але вони найдорожчі.

Пристрої зв'язку та телекомунікаціївикористовуються для зв'язку з приладами та іншими засобами автоматизації (узгоджувачі інтерфейсів, адаптери, цифро-аналогові та аналого-цифрові перетворювачі тощо) та для підключення ПК до каналів зв'язку, до інших ЕОМ та обчислювальних мереж (мережні інтерфейсні плати, "стики" ", мультиплексори передачі, модеми).

Багато з названих вище пристроїв відносяться до умовно виділеної групи – засобів мультимедіа.

Засоби мультимедіа(multimedia - многосредовость) - це комплекс апаратних і програмних засобів, дозволяють людині спілкуватися з комп'ютером, використовуючи різні, природні собі середовища: звук, відео, графіку, тексти, анімацію та інших.

До засобів мультимедіа відносяться пристрої мовного введення та виведення інформації; широко поширені вже зараз сканери (оскільки вони дозволяють автоматично вводити в комп'ютер друковані тексти та малюнки); високоякісні відео- (video-) та звукові (sound-) плати, плати відеозахоплення (videograbber), що знімають зображення з відеомагнітофона або відеокамери та вводять його в ПК; високоякісні акустичні та відеовідтворювальні системи із підсилювачами, звуковими колонками, великими відеоекранами. Але, мабуть, ще з великою підставою до засобів мультимедіа відносять зовнішні запам'ятовуючі пристрої великої ємності, які часто використовуються для запису звукової та відеоінформації.

Зараз для запису, зберігання та відтворення інформації використовуються CD, DVD-диски, а також широко розповсюджені в Останнім часомфлеш-накопичувачі. Простота використання, мінімальні габарити, зростаюча ємність пам'яті і ціна, що знижується, ставлять останніх поза конкуренцією, і цілком можливо, надалі це призведе до витіснення з ринку оптичних дисків, тому що раніше CD витіснили дискети.

Додаткові схеми.До системної шини та до МП ПК поряд з типовимзовнішніми пристроями можуть бути підключені деякі додатковіплати з інтегральними мікросхемами, що розширюють та покращують функціональні можливості мікропроцесора: математичний співпроцесор, контролер прямого доступу до пам'яті, співпроцесор вводу-виводу, контролер переривань та ін.

Математичний співпроцесоршироко використовується для прискореного виконання операцій над двійковими числами з плаваючою комою, над двійково-кодованими десятковими числами для обчислення деяких трансцендентних, у тому числі тригонометричних, функцій. Математичний співпроцесор має власну систему команд і працює паралельно (сумісно у часі) з основним МП, але під керівництвом останнього. Прискорення операцій відбувається у десятки разів. Останні моделі МП, починаючи з МП 80486 DX, включають співпроцесор у структуру.

Контролер прямого доступу до пам'ятізвільняє МП від прямого управління накопичувачами на магнітних дисках, що суттєво підвищує ефективну швидкодію ПК. Без цього контролера обмін даними між ВЗП та ОЗУ здійснюється через регістр МП, а при його наявності дані безпосередньо передаються між ВЗП та ОЗУ, минаючи МП.

Співпроцесор введення-виводуза рахунок паралельної роботи з МП значно прискорює виконання процедур введення-виведення при обслуговуванні кількох зовнішніх пристроїв (дисплей, принтер, НЖМД, НГМД та ін.); звільняє МП від обробки процедур введення-виведення, у тому числі реалізує режим прямого доступу до пам'яті.

Найважливішу роль грає у ПК контролер переривань.

Переривання- тимчасове зупинення виконання однієї програми з метою оперативного виконання іншої, на даний момент більш важливої ​​(пріоритетної) програми.

Переривання виникають під час роботи комп'ютера постійно. Досить сказати, що всі процедури введення-виведення інформації виконуються за перериваннями, наприклад, переривання від таймера виникають і обслуговуються контролером переривань 18 разів на секунду (звісно, ​​користувач їх не помічає).

Контролер перериваньобслуговує процедури переривання, приймає запит на переривання зовнішніх пристроїв, визначає рівень пріоритету цього запиту і видає сигнал переривання в МП. МП, отримавши цей сигнал, зупиняє виконання поточної програми і переходить до виконання спеціальної програми обслуговування переривання, яке запросило зовнішній пристрій. Після завершення програми обслуговування відновлюється виконання перерваної програми. Контролер переривань є програмованим.

Елементи конструкції ПК

Конструктивно ПК виконані у вигляді центрального системного блоку, до якого через роз'єм підключаються зовнішні пристрої: додаткові пристрої пам'яті, клавіатура, дисплей, принтер та ін.

Системний блокзазвичай включає системну плату, блок живлення, накопичувачі на дисках, роз'єми для додаткових пристроїв і плати розширенняз контролерами – адаптерами зовнішніх пристроїв.

на системній платі(часто її називають материнською платою Mother Board), як правило, розміщуються:

• мікропроцесор;

• математичний співпроцесор;

• генератор тактових імпульсів;

• блоки (мікросхеми) ОЗП та ПЗП;

• адаптери клавіатури, НЖМД та НГМД;

• контролер переривань;

• таймер та ін.

Функціональні характеристики ПК

Основними характеристиками ПК є:

1. Швидкодія, продуктивність, тактова частота.

Одиницями виміру швидкодіїслужать:

• МІПС (MIPS – Mega Instruction Per Second) – мільйон операцій над числами з фіксованою комою (точкою);

• МФЛОПС (MFLOPS – Mega FLoating Operations Per Second) – мільйон операцій над числами з плаваючою комою (точкою);

• КОПС (KOPS - Kilo Operations Per Second) для низькопродуктивних ЕОМ - тисяча деяких усереднених операцій над числами;

• ГФЛОПС (GFLOPS - Giga FLoating Operations Per Second) - мільярд операцій на секунду над числами з плаваючою комою (точкою).

Оцінка продуктивності ЕОМ завжди приблизна, бо у своїй орієнтуються деякі середні чи, навпаки, на конкретні види операцій. Реально під час вирішення різних завдань використовують і різні набори операцій. Тому для характеристики ПК замість продуктивності зазвичай вказують тактову частоту, більш об'єктивно визначальну швидкодію машини, так як кожна операція вимагає для виконання цілком певної кількості тактів. Знаючи тактову частоту, можна досить точно визначити час виконання будь-якої машинної операції.

2. Розрядність машини та кодових шин інтерфейсу.

Розрядність≈ це максимальна кількість розрядів двійкового числа, над яким одночасно може виконуватися машинна операція, у тому числі операція передачі інформації; чим більша розрядність, тим, за інших рівних умов, буде більша і продуктивність ПК.

3. Типи системного та локальних інтерфейсів.

Різні типиінтерфейсів забезпечують різні швидкостіпередачі інформації між вузлами машини дозволяють підключати різну кількість зовнішніх пристроїв і різні їх види.

4. Місткість оперативної пам'яті.

Місткість оперативної пам'яті вимірюється найчастіше в мегабайтах (Мбайт), рідше в кілобайтах (Кбайт). 1 Мбайт = 1024 Кбайта = 1024 2 байт.

Багато сучасних прикладних програм при оперативній пам'яті ємністю менше 8 Мбайт просто не працюють або працюють, але дуже повільно.

Слід пам'ятати, що збільшення ємності основний пам'яті вдвічі, крім іншого, дає підвищення ефективної продуктивності ЕОМ під час вирішення складних завдань приблизно 1,7 разу.

5. Місткість накопичувача на жорстких магнітних дисках (вінчестера).Місткість вінчестера вимірюється зазвичай в мегабайтах або гігабайтах (1 Гбайт = 1024 Мбайта).

За прогнозами фахівців, багато програмних продуктів 1997 р. вимагатимуть до роботи до 1 Гбайта зовнішньої пам'яті.

6. Тип і ємність накопичувачів на гнучких магнітних дисках

Зараз застосовуються в основному накопичувачі на гнучких магнітних дисках, що використовують дискети діаметром 3,5 та 5,25 дюйма (1 дюйм = 25,4 мм). Перші мають стандартну ємність 1,44 Мбайта, другі – 1,2 Мбайта.

7. Види та ємність КЕШ-пам'яті.

КЕШ-пам'ять- це буферна пам'ять, що не доступна для користувача, яка автоматично використовується комп'ютером для прискорення операцій з інформацією, що зберігається в повільніше діючих запам'ятовуючих пристроях. Наприклад, для прискорення операцій з основною пам'яттю організується реєстрова КЕШ-пам'ять усередині мікропроцесора (КЕШ-пам'ять першого рівня) або поза мікропроцесором на материнській платі (КЕШ-пам'ять другого рівня); Для прискорення операцій із дисковою пам'яттю організується КЕШ-пам'ять на осередках електронної пам'яті.

Слід пам'ятати, що наявність КЭШ-пам'яті ємністю 256 Кбайт збільшує продуктивність ПК приблизно 20%.

8. Тип відеомонітора (дисплея) та відеоадаптера.

9.Тип принтера.

10.Наявність математичного співпроцесора.

Математичний співпроцесор дозволяє у десятки разів прискорити виконання операцій над двійковими числами з плаваючою комою та над двійково-кодованими десятковими числами.

11. Наявне програмне забезпечення та вид операційної системи

12. Апаратна та програмна сумісність з іншими типами ЕОМ.

Апаратна та програмна сумісність з іншими типами ЕОМ означає можливість використання на комп'ютері відповідно до тих же технічних елементів і програмного забезпечення, що і на інших типах машин.

13. Можливість роботи у обчислювальній мережі

14. Можливість роботи у багатозадачному режимі.

Багатозадачний режим дозволяє виконувати обчислення одночасно за кількома програмами (багатопрограмний режим) або для декількох користувачів (розрахований на багато користувачів режим). Поєднання у часі роботи кількох пристроїв машини, можливе у такому режимі, дозволяє значно збільшити ефективну швидкодію ЕОМ.

15. Надійність.

Надійність - це здатність системи виконувати повністю та правильно всі задані їй функції. Надійність ПК зазвичай вимірюється середнім часом напрацювання на відмову.

16. Вартість.

17. Габарити та маса.

II . Сучасний стан настільних ПК

На нинішньому етапі розвитку ПК можна виділити дві основні платформи: Wintel та Apple.

Найпоширенішою є платформа Wintel на базі х86 процесорів завдяки своїй універсальності, а також вартості. Ця платформа має багато клонів, тобто. аналогічних комп'ютерів, що випускаються різними фірмамиСША, Західної Європи, Росії, Японії та ін.

Платформа Appleпредставлена ​​досить популярними у країнах комп'ютерами Macintosh. Вони займають на світовому ринку досить вузьку, але досить стабільну нішу.

Формальними відмінностями між платформами є тип процесора та операційна система. У Macintosh використовується RISС-архітектура процесора та UNIX-подібне ядро ​​операційної системи. Однак останніми роками в апаратному плані ці дві платформи поступово зближуються. Тому основною відмінністю можна вважати кількість вироблених у світі апаратних засобів та програмного забезпечення, де Wintel поза конкуренцією. Apple має невелику кількість високопродуктивних моделей, а також значно поступається у кількості виробленого ПЗ. З цього виходить, що маючи комп'ютер Wintel, можна виконати будь-яку операцію, але при цьому не завжди швидко і зручно. На Apple ту ж саму операцію можна зробити або швидко, або не виконати взагалі.

Наведемо приклад кілька моделей ПК, популярних на сьогоднішній день:

· Hacker Ph945

Платформа побудована на основі ASUS M4A78 – добротної материнської плати середнього рівня на чіпсеті AMD 770 із підтримкою DDR2. Вона добре оснащена, але без особливих надмірностей. З особливостей практичного штибу відзначимо наявність на задній панелі оптичного S/PDIF та порту eSATA. У системі використовуються нещодавно анонсований чотириядерний процесор AMD Phenom II X4 945 з пристойною обчислювальною потужністю та 4 ГБ оперативної пам'яті. Відеопідсистема також на рівні. Графічні адаптери GeForce GTS 250 підходять для оптимальних ПК, при дуже хорошому співвідношенні ціна/продуктивність вони здатні забезпечити комфортну кількість кадрів в секунду в останніх іграх.

Зв'язування Phenom II X4 945 + GeForce GTS 250 загалом дуже непогано себе показало під час тестувань. Ймовірно, у такій комбінації має місце незначний перекіс у бік трохи більш продуктивного процесора, але його можливості стануть у нагоді в неігрових багатопотокових задачах.

Система зібрана у корпусі Microlab M4812. Ця модельзовні досить цікава та практична у використанні. На передній панелі у відсіку для 3,5-дюймових пристроїв встановлений мультиформатний кард-рідер Samsung SFD-321F/T4XB, що дозволяє працювати з флеш-картами всіх поширених типів. Тут же, на передній стороні є аналоговий регулятор швидкості обертання 120-міліметрового вентилятора, закріпленого на задній стінці корпусу. Можливостей БП цілком достатньо для роботи запропонованої конфігурації, але без особливого запасу. Модель M-ATX-420W відповідає стандарту ATX 1.3, який не передбачає серйозних навантажень по лінії 12 В, що застосовується сучасними відеокартами та системою живлення CPU. У розглянутій конфігурації енергоспоживання комп'ютера в режимі спокою становить близько 120 Вт, збільшуючись до 270 Вт у важких сценах Crysis.
Система не беззвучна, в режимі очікування комп'ютер функціонує досить тихо, під навантаженням активніше включаються в роботу вентилятори блоку живлення та відеокарти, хоча в цілому рівень шуму нижче середнього.

· Dell HPS 730 H2C

Dell оновила лінійку ігрових комп'ютерів XPS 730 H2C. У солідному алюмінієвому корпусі інженери помістили. материнську платуна базі чіпсету NVIDIA nForce 790i Ultra SLI з встановленим процесором Intel Core 2 Extreme (з заводським розгоном), парою відеокарт ATI Radeon HD 3870 X2 або NVIDIA GeForce 8800GT SLI та оперативною пам'яттю Corsair DOMINATOR стандарту DDR3. Система охолодження H2C, що використовується в ПК, унікальна і є плодом спільної розробки Dell, Intel, Delphi і CoolIT.

Світовий ринок настільних ПК є найчисленнішим, але в останні роки переживає гостру кризу через спад попиту на свою продукцію. Все більшої популярності набувають мобільні ПК. Це пояснюється зростанням продуктивності мобільних комп'ютерівта одночасним зниженням їхньої ціни.

III . Перспективи розвитку настільних ПК

У зв'язку із щорічним збільшенням відсотка продажів ноутбуків може скластися враження, що мобільні ПК незабаром можуть витіснити стаціонарні. Проте фахівці вважають, що настільні комп'ютери ще рано списувати з рахунків. Незважаючи на продуктивність мобільних ПК, що росте, розвиток стаціонарних комп'ютерів також не сповільнюється.

Популярність ноутбуків насамперед пояснюються їхньою орієнтованістю на вирішення тих завдань, яким не може задовольнити домашній комп'ютер (що, у свою чергу, пов'язане з можливістю автономного живлення ноутбуків). Однак треба сказати про те, що настільний комп'ютернасамперед характеризується продуктивністю, що дозволяє користувачеві виконати у ньому практично будь-яке завдання. Мобільний ПК повинен мати поруч додаткових характеристик(таких як вага, габарити, час автономної роботи), що відводить продуктивність другого план. До того ж становить труднощі модернізація ноутбука: вона буває складною у виконанні, або просто неможлива.