Устройство компьютера

13

Реферат на тему:

Принципы устройства компьютера (принципы фон Неймана).

Основные блоки компьютера. Системный блок. Микропроцессор.

Память внутренняя и внешняя. Контроллеры. Системная шина.

Материнская плата. Платы расширения

Содержание:

1. Принципы устройства компьютера (принципы фон Неймана).

2. Основные блоки ПК.

3. Системный блок.

4. Микропроцессор.

5. Устройства памяти компьютера.

6. Электронные платы, контроллеры и шины.

Использованная литература.

1. Принципы устройства компьютера (принципы фон Неймана).

Еще при создании первых компьютеров в 1945 году знаменитый математик Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен компьютер, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обработки информации. Эти основы конструкции компьютера называются принципами фон Неймана. Сейчас подавляющее большинство компьютеров в основных чертах соответствует принципам фон Неймана.

Прежде всего, компьютер, согласно принципам фон Неймана, должен иметь следующие устройства:

· арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

· устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

· запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

· внешние устройства для ввода-вывода информации.

В общих чертах работу компьютера можно описать так. Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций или запись их результатов в память и т.д.

Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако, этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления. Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз (т.е. организовывать циклы), выполнять различные последовательности команд в зависимости от выполнения определенных условий и т.д., т.е. создавать сложные программы.

Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.

Следует заметить, что схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенной выше. Арифметическо-логическое устройство и устройство управления объединены в единое устройство - центральный процессор См. стр.7 данного реферата «Микропроцессор». Процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера - прерываний.

2. Основные блоки ПК.

Персональный компьютер - это компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего. По способу эксплуатации различают настольные, портативные и карманные модели ПК. В дальнейшем мы будем рассматривать настольные модели и приемы работы с ними. На современном рынке вычислительной техники разнообразие модификаций и вариантов компьютеров огромно, но любой, даже самый необычный комплект неизменно включает одни и те же виды устройств.

Базовая конфигурация ПК - минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером.

В настоящее время для настольных ПК базовой считается конфигурация, в которую входит четыре устройства:

системный блок;

монитор;

клавиатура;

мышь.

3. Системный блок.

В системном блоке располагаются все основные узлы компьютера:

электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память и другие виды памяти, контроллеры устройств, электронные платы, контроллеры, шины);

блок питания, который преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;

накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные дики (дискеты);

накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер);

К системному блоку можно подключать различные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности.

Внешние устройства. Многие устройства располагаются вне системного блока компьютера и подсоединяются к нему через специальные гнезда (разъемы), находящиеся обычно на задней стенке системного блока. Такие устройства называются внешними. Кроме монитора и клавиатуры, такими устройствами являются:

принтер;

мышь;

джойстик;

другие устройства.

Внутренние устройства. Некоторые устройства могут вставляться внутрь системного блока компьютера, например:

модем;

дисковод для компакт-дисков;

стример;

звуковая карта.

4. Микропроцессор.

Микропроцессор - основная микросхема ПК. Все вычисления выполняются в ней. Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не является большой по размеру и представляет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 20х20 мм, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является большой по количеству элементов. Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество функциональных элементов, размеры которых составляют всего около 0.13 микрон (1 микрон = 10-6 м). Например, в процессоре Pentium IV их около 42 миллионов.

Табл. 1. Сравнительные характеристики микропроцессоров.

В настоящее время для производства процессоров семейства AMD64 корпорация AMD переходит на использование новейшего техпроцесса - HiPerMOS 8 (HiP8). Этот технологический процесс, по которому в дальнейшем будут выпускаться все процессоры AMD, включает в себя ряд наиболее прогрессивных технологий для производства интегральных схем: 90 нм технологическое разрешение, медные проводники, low-k диэлектрик и технологию SOI.

Переход на технологическое разрешение 90 нм позволяет выпускать процессоры с высокой тактовой частотой, потребляющие меньше энергии и имеющие небольшое тепловыделение. Кроме того, использование транзисторов с меньшей длиной затвора позволяет на подложке равной площади разместить большее число транзисторов, например процессор AMD Opteron с кэшем L2 1 Мб, состоит более чем из 106 млн. транзисторов. Освоение 90 нм техпроцесса - важный шаг к производству двуядерных процессоров. Снижение уровня тепловыделения и уменьшения площади ядра при переходе на 90 нм техпроцесс позволит сохранить мощность двуядерных процессоров на прежнем уровне, при этом общая площадь кристалла увеличится незначительно.

Основная характеристика процессора - тактовая частота (измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц)). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность компьютера.

Единственное устройство, о существовании которого процессор «знает от рождения» - оперативная память - с нею он работает совместно. Данные копируются в ячейки процессора (регистры), а затем преобразуются в соответствии с командами (программой).

5. Устройства памяти компьютера.

Внутренняя память. Процессор компьютера может работать только с теми данными, которые хранятся в ячейках его оперативной памяти. Рассмотрим принципиальную схему ее организации. Память можно представить наподобие листа из тетради в клеточку. В каждой клетке может храниться в данный момент только одно из двух значений: нуль или единица. Ячейка памяти, хранящая один двоичный знак, называется «бит».

Бит - наименьшая частица памяти компьютера.

Следовательно, у слова «бит» есть два смысла: это единица измерения количества информации и частица памяти компьютера. Оба эти понятия связаны между собой следующим образом: в одном бите памяти хранится один бит информации.

Память можно представить как и многоквартирный дом, в котором каждая квартира - это байт, а номер квартиры - это адрес. Для того, чтобы почта дошла по назначению, необходимо указать правильный адрес. Именно так, по адресам, обращается к внутренней памяти процессор компьютера.

Внешняя память. Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио- и видеоклипы и т. д.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем или дисководом, а хранится информация на носителях (например, дискетах).

В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД или дискетах) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД или винчестерах), в основу записи, хранения и считывания информации положен магнитный принцип, а в лазерных дисководах -- оптический принцип.

Жесткий диск (HDD -- Hard Disk Drive) относится к несменным дисковым магнитным накопителям. Первый жесткий диск был разработан фирмой IBM в 1973 г. и имел емкость 16 Кбайт.

Часто жесткий диск называют винчестер. Бытует легенда, объясняющая, почему за жесткими дисками повелось такое причудливое название. Первый жесткий диск, выпущенный в Америке в начале 70-х годов, имел емкость по 30 Мб информации на каждой рабочей поверхности. В то же время, широко известная в той же Америке магазинная винтовка О.Ф. Винчестера имела калибр - 0.30; может, грохотал при своей работе первый винчестер как автомат или порохом от него пахло - не ясно, но с той поры стали называть жесткие диски винчестерами. В начале 80-х годов голландская фирма «Philips» объявила о совершенной ею революцией в области звуковоспроизведения - это лазерные диски и проигрыватели.

На лазерных дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна. Производятся такие диски путем штамповки. Существуют CD-R и DVD-R диски, информация на которые может быть записана только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW информация может быть записана многократно.

Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Устройства на основе flash-памяти не имеют в своём составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании.

Табл. 2 Сравнительные характеристики основных типов носителей.

6. Электронные платы, контроллеры и шины.

Электронные платы. Каждая плата представляет собой плоский кусок пластика, на котором укреплены электронные компоненты (микросхемы, конденсаторы и т.д.) и различные разъемы. Внутри электронной платы проложены проводники для соединения смонтированных на плате компонент между собой.

Материнская плата. На ней обычно располагаются основной микропроцессор, оперативная память, кэш-память, шины и BIOS. Там находятся электронные схемы (контроллеры), управляющие некоторыми устройствами компьютера.

Контроллеры. Электронные схемы, управляющие различными устройствами компьютера, называются контроллерами. Во всех компьютерах имеются контроллеры для управления клавиатурой, монитором, дисководами для дискет, жестким диском и т.д.

В современных компьютерах многие контроллеры входят в состав материнской платы. Такие контроллеры называются встроенными или интегрированными (в материнскую плату).

Шины. При вставке в разъем материнской платы контроллер подключается к шине - магистрали передачи данных между оперативной памятью и контроллерами. В современных компьютерах обычно имеются две шины:

· шина ISA для контроллеров низкоскоростных устройств;

· шина PCI для обмена данными с высокоскоростными устройствами.

Каждый контроллер может быть подключен лишь к той шине, на которую он рассчитан. Поэтому разъемы различных шин сделаны разными, чтобы их нельзя было перепутать.

Контроллеры портов ввода-вывода. Контроллер портов ввода-вывода соединяется кабелями с разъемами на задней стенке компьютера, через которые к компьютеру подключаются принтер, мышь и другие устройства.

Использованная литература:

1. Информатика: Учебник / Под ред. Н.В.Макаровой. - 3-е изд., перераб. - М.: Финансы и статистика, 2000. - 767 с.

2. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс. - М.: ИНФРА - М, 1997. - 480 с.

3. Ефимова О. и др. Курс компьютерной технологии с основами информатики. - М.: ООО «Издательство АСТ», 2000. - 432 с.