Состав и назначение основных элементов персонального компьютера, их характеристики
2.2.1. Функциональная организация и общие принципы работы ЭВМ
Функциональная организация ЭВМ - это абстрактная модель ЭВМ, описывающая функциональные возможности машины и предоставляемые ею услуги. Функциональная организация ЭВМ в значительной степени определяется предъявляемыми к ней требованиями, уровнем подготовки потенциальных пользователей, типом решаемых ими задач, потребностями в развитии компьютера (по емкости ЗУ, разрядности, составу периферийных устройств и др.).
Предусматриваемые абстрактной моделью функции ЭВМ реализуются на основе реальных, физических средств (устройств, блоков, узлов, элементов) в рамках определенной структуры. В общем случае под структурной организацией ЭВМ понимается некоторая физическая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия основных функциональных частей машины (без излишних деталей их технической реализации).
РИС. (2.2)16 Обмен информацией между устройствами компьютера
Общие принципы работы ЭВМ
Любая ЭВМ состоит из следующих базовых устройств˸ процессор, память (внутренняя и внешняя) и устройства ввода и вывода информации.
Основные функции компьютера - ввод, обработка, хранение, вывод данных.
Информация с которой работает компьютер, представлена в двоичном коде и делится на 2 типа: набор команд по обработке (программа); данные, обрабатываемые программой.
Руководит обработкой процессор. Он состоит из 2-х блоков: устройства управления (УУ); арифметико-логического устройства (АЛУ).
Команды и данные вводятся в оперативную память (ОП) последовательно.
УУ процессора выбирает команды из ОП и организует их выполнение, АЛУ проводит операции над ними.
С процессором и ОП связаны внешние (периферийные) устройства (клавиатура, дисплей, диски, манипуляторы, принтер и т.д.), которые обеспечивают ввод, вывод и хранение информации.
2.2.2. Минимальная конфигурация компьютера
При построении ПК основным принципом является принцип модульности. Модулями называются отдельные устройства компьютера, рассчитанные на выполнение отдельных функций и имеющие стандартные средства сопряжения (подключения). Таким образом, ПК складываются из модулей как из кубиков. Его конфигурацию легко наращивать и изменять добавляя новые модули или заменяя ранее установленные .
Конфигурация ПК – это конкретный набор модулей, из которых состоит данный компьютер.
Базовая конфигурация персонального компьютера — это минимальный комплект аппаратных средств, которых достаточно для работы с компьютером. На сегодняшний день для настольных компьютеров базовой считается конфигурация, содержащая четыре устройства:
- монитор;
- системный блок;
- мышь;
- клавиатура.
РИС. (2.2)17 Основные устройства ПК
2.2.3. Компоненты системного блока
Чтобы изучить устройство компьютера и увидеть состав системного блока, необходимо снять боковую крышку.
РИС. (2.2)18 Содержимое системного блока
РИС. (2.2)19 Корпус
Здесь расположены все перечисленные части компьютера. Бывают различных размеров и форм-факторов. Чем корпус объемней и массивней, тем легче обеспечивать хорошее охлаждение и низкий уровень шума.
РИС. (2.2)20 Блок питания
Один из важнейших компонентов, входящих в состав системного блока, так как обеспечивает питание всех частей компьютера.
Его мощность и качество влияет на состояние всех комплектующих. Некачественный блок питания может являться причиной нестабильной работы компьютера и даже причиной выгорания дорогостоящих деталей. Мощность выбирается в зависимости от целей и назначения компьютера.
Например, для компьютера, используемого в офисах, достаточно будет 300 Вт, а для игровой машины может и 500 Вт не хватить.
РИС. (2.2)21 Центральный процессор (CPU)
Комплектуется охлаждающим радиатором и вентилятором (кулером). Центральный процессор - это главное устройство обработки данных. Именно он выполняет действия, из последовательности которых состоят программы.
Производительность компьютера во многом зависит от быстродействия центрального процессора, которое определяется тактовой частотой работы, разрядностью, архитектурой и количеством ядер.
РИС. (2.2)22 Корпусный вентилятор (кулер)
Служит для охлаждения комплектующих компьютера. В некоторых случаях устанавливается два и более вентилятора.
РИС. (2.2)23 Модули оперативной памяти
Оперативная память (ОЗУ, RAM) - отличается высоким быстродействием и используется процессором непосредственно во время работы для кратковременного хранения информации. При выключении источника питания информация, хранящаяся в ОЗУ стирается.
Оперативной памяти никогда не бывает много, поэтому чем ее больше, тем лучше. Сегодня рекомендуется иметь не менее 2-х Гигабайт оперативной памяти.
РИС. (2.2)24 Видеокарта (видеоадаптер, видеопроцессор)
(Видеоплата, видеоадаптер, videoadapter, videocard)- устройство компьютера, которое отвечает за обработку и вывод графической информации на монитор.
Видеоадаптер имеет свой собственный графический процессор, который обрабатывает 2D/3D графическую информацию. Это снижает вычислительную нагрузку на центральный процессор (CPU).
Для офисных компьютеров подойдет практически любая видеоплата (даже встроенная в материнскую плату), а вот для игровых машин придется приобрести что-нибудь по серьезнее.
РИС. (2.2)25 PCI-устройства
PCI-устройства могут включать в себя сетевые карты, TV-тюнеры, платы FireWire (IEEE-1394) и т.д.
РИС. (2.2)26 CD/DVD приводы
(CD/DVD-ROM). Осуществляет чтение и запись информации с дисков/на диски CD, DVD и др. Между собой отличаются скоростью чтения и скоростью записи.
РИС. (2.2)27 Жесткий диск (винчестер)
(Винчестер, HDD, harddisk) - это устройство хранения информации на Вашем компьютере. При выключении питания данные не стираются. По сравнению с оперативной памятью скорость работы HDD намного ниже, а объем хранимой информации намного больше.
Емкость жесткого диска измеряется в Гигабайтах или даже в Терабайтах. Естественно, что чем больше объем винчестера, тем больше Вы сможете хранить на своем компьютере документов, программ, игр, фильмов, музыки и т.д.
РИС. (2.2)27 Материнская (системная) плата
(Материнская плата, мather-board) – основной компонент, входящий в состав системного блока. Именно на нее устанавливаются все комплектующие элементы, входящие в состав ПК.
От выбора материнской платы зависит какой именно устанавливается процессор, оперативная память и т.д.
2.2.4. Основной вычислительный элемент ЭВМ — микропроцессор, его параметры и характеристики
Микропроцессорявляется главным устройством компьютера, в котором собственно и происходит обработка всех видов информации. Другой важной функцией процессора является обеспечение согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера. Соответственно наиболее важными частями процессора являются арифметико-логическое устройство АЛУ и устройство управления УУ.
Каждый процессор способен выполнять вполне определенный набор универсальных инструкций (машинных командам). Каков именно данный набор, определяется устройством конкретного процессора, но он не очень велик и в основном аналогичен для различных процессоров. Работа ЭВМ состоит в выполнении последовательности таких команд, подготовленных в виде программы. Процессор способен организовать считывание очередной команды, ее анализ и выполнение, а также при крайне принять данные или отправить результаты их обработки на требуемое устройство. Выбрать, какую инструкцию программы исполнять следующей, также должен сам процессор, причем результат этого выбора часто может зависеть от обрабатываемой в данный момент информации.
Микропроцессор выполняет следующие основные функции:
1. чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
2. чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;
3. прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;
4. обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;
5. выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.
В состав микропроцессора входят следующие устройства:
1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.
2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:
· формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;
· формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;
· получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.
3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.
4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера. Включает в себя:
Основные параметры микропроцессоров:
· разрядность;
· рабочая тактовая частота;
· размер кэш-памяти;
Разрядность шины данных микропроцессора определяет количество разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции; разрядность шины, адреса МП определяет его адресное пространство. Адресное пространство — это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором.
Рабочая тактовая частота МП во многом определяет его внутреннее быстродействие, т.к. каждая команда выполняется за определенное количество тактов.
Быстродействие (производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины материнской платы, с которой работает (может работать) МП.
Кэш-память, устанавливаемая на плате МП, имеет два уровня:
L1 — память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) МП и работающая всегда на полной частоте МП
L2 — память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной. Память L2 может работать на полной или половинной частоте МП. Эффективность этой кэш-памяти зависит и от пропускной способности микропроцессорной шины.