Файл: Архитектура современного компьютера.pdf

Введение

Создание пeрсoнального компьютера можно отнести к однoму из самых значительных событий XX века. Компьютер изменил значение и роль вычислительной техники в жизни людей. Они используются для различных целей: для получения образования, для развлечения, для просмотра фильмов и многое другое. Также персональные компьютеры являются помощниками для людей различных профессий. Например, таких, как: врач, инженер, учитель, дизайнер.

Увеличение объёма информации привело к необходимости создания компьютера, как инструмента для создания, получения, хранения и обработки информации.

Тема курсовой работы актуальна, так как, персональные компьютеры прошли долгий путь. Они изменились как внешне, так и содержимое. Современный рынок компьютерной техники настолько разнообразен, что очень сложно определить конфигурацию компьютеров с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний не обойтись. В наше время круг задач, требующих для решения применение мощных ЭВМ (электронно-вычислительных машин), расширился.

Цель курсовой работы: изучение устройства современного компьютера и его функций.

Объект курсовой работы: современный персональный компьютер.

Предмет курсовой работы: устройство современного персонального компьютера.

Задачи:

1. Изучить и проанализировать учебную литературу по теме «Устройство персонального компьютера»
2. Выделить основные составляющие персонального компьютера, основные принципы
3. Выделить основные моменты в истории, которые привели к появлению персонального компьютера
4. Изучить понятия «структура» и «архитектура»
5. Обобщить знания, полученные в ходе работы.

Глава 1. История развития и создания персонального компьютера.

История развития и возникновения вычислительной техники уходит в глубь веков, когда наши далекие предки начали вести товарно-денежные отношения. Им потребовался инструмент для вычислений.

На протяжении всей истории существования человека, он то и дело пытается совершенствовать мир вокруг себя, чтобы улучшить свою жизнь, сделать её комфортней и проще. История создания компьютера – это стремление человека изобрести устройство для решения задач, непосильных для человеческого разума.

Некоторые люди считают, что компьютер появился несколько десятилетий назад. Но на самом деле это не так. История появления компьютеров насчитывает несколько столетий. Конечно, первые компьютеры были очень примитивными, но не пройдя всех этапов становления, компьютер, возможно не стал бы таким чудом техники.

Вернёмся в начало становления компьютеров.

Одним из первых устройств (5-4 вв. до нашей эры), с которых, можно считать, началась история развития компьютеров, была специальная доска, названная впоследствии «абак». Вычисления на ней проводились перемещением костей или камней в углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости и тому подобное. В Греции абак существовал уже в 5 в. до нашей эры, у японцев он назывался «серобаян», а у китайцев — «суанпань». В Древней Руси для счета применялось похожее устройство, но называлось оно, — «дощаный счет». В 17 веке этот прибор принял вид привычных российских счетов. Хотелось отметить, что счёты до сих пор, в нашем современном мире, используются.

Французский математик и философ Блез Паскаль в 1642 г. создал первую машину, получившую в честь своего создателя название — Паскалина. Механическое устройство в виде ящика со многими шестернями кроме сложения выполняла и вычитание. Данные вводились в машину с помощью поворота наборных колесиков, которые отвечали числам от 0 до 9. Ответ появлялся в верхней части металлического корпуса.

В 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц создал механическое счетное устройство, которое впервые не только складывало и вычитало, а еще умножало, делило и вычисляло квадратный корень.

Английский математик Чарльз Бэббидж разработал устройство, которое не только выполняло арифметические действия, но и сразу же печатало результаты. В 1832 г. была построена десятикратно уменьшенная модель из двух тысяч латунных деталей. Эта вычислительная машина стала прообразом настоящих компьютеров.

Суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков создал российский математик и механик Пафнутий Львович Чебышев. В этом аппарате достигнута автоматизация выполнения всех арифметических действий. 

Автоматизированная обработка данных появилась в конце прошлого века в США. Герман Холлерит создал устройство — Табулятор Холлерита — в котором информация, нанесенная на перфокарты, расшифровывалось электрическим током.

В 1936 году молодой ученый из Кембриджа Алан Тьюринг придумал мысленный счетный аппарат-компьютер, который существовал только на бумаге. Его «умная машина» действовала по определенному заданному алгоритму. В зависимости от алгоритма, воображаемая машина могла применяться для самых разнообразных целей.

Таким образом, чтобы мы могли видеть персональные компьютеры в таком виде, какие они сейчас, мы можем сделать вывод, что процесс становления компьютеров прошел длинный и извилистый путь. Разные люди, разных национальностей, в разное время, создавали и изобретали «умные» машины.

Глава 2. Основные принципы функционирования компьютера

В основу построения большинства компьютеров положены общие принципы, сформулированные американским ученым Джоном фон Нейманом в 1945 году. Джон фон Нейман развил идеи Чарльза Бэббиджа, представлявшего работу компьютера как работу совокупности устройств. А именно: обработки, управления, памяти, ввода-вывода.

Принципы фон Неймана:

1. Принцип двойного кодирования. Электронные машины должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления.

2. Принцип программного управления. Электронная машина выполняет вычисления по программе. Программа состоит из набора команд, которые выполняются автоматически друг за другом в определенной последовательности.

3. Принцип хранимой программы. В процессе решения задачи программа должна размещаться в запоминающем устройстве машины, обладающем высокой скоростью выборки и записи.

4. Принцип однотипности представления чисел и команд. Программа, так же как и числа, с которыми оперирует машина, записывается в двоичном коде. Таким образом, по форме представления команды и числа однотипны.

5. Принцип иерархичности памяти. Сложность реализации единого емкого быстродействующего запоминающего устройства требует иерархического построения памяти. По меньшей мере, должно быть два уровня иерархии: основная память и внешняя.

6. Принцип адресности основной памяти. Основная память должна состоять из пронумерованных ячеек, каждая из которых доступна программе в любой момент времени по ее двоичному адресу.

Глава 3. Структура и архитектура компьютера

Схему устройства компьютера предложил знаменитый Джон фон Нейман. Принципы работы во многом сохранились в современных компьютерах. Фон Нейман с соавторами выдвинули основные принципы логического устройства электронно-вычислительной машины и предложили ее структуру, которая полностью воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Прежде всего, компьютер, согласно принципам фон Неймана, должен иметь следующие устройства:

-арифметически-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции. Преобразует информацию, выполняя сложение, вычитание и основные логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ»;

-устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения программ;

-оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или память для хранения программ и данных;

-внешние устройства для ввода-вывода информации. Получают информацию извне, выводят ее получателю.

При рассмотрении компьютерных устройств, принято различать их архитектуру и структуру.

Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины. Выделяют основные и дополнительные функции персонального компьютера.

Основные функции определяют назначение персонального компьютера: обработка и хранение информации, обмен информации с внешними объектами

Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность.

Названные функции реализуются с помощью аппаратных и программных средств персонального компьютера.

Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Важным элементом структуры компьютера и принципа его действия являются сигналы и понятия прерываний. Если в микропроцессор поступает сигнал запроса на прерывание, выполнение текущей программы приостанавливается, в заранее определенной области оперативного запоминающего устройства сохраняются все промежуточные результаты и адрес остановки в программе, и микропроцессор выполняет специальную программу обработки прерывания, в которой указано, что надо сделать в этом случае. После ее завершения восстанавливаются все промежуточные результаты, и микропроцессор продолжает выполнение текущей программы с запомненного ранее адреса.

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Этот принцип позволяет самим комплектовать нужную конфигурацию компьютера и при необходимости производить ее модернизацию. Модульная организация опирается на шинный метод обмена информацией между устройствами. Этот принцип также называют принципом открытой архитектуры.

Обычно минимальная конфигурация персонального компьютера содержит элементы:

- системный блок;

- клавиатура;

- монитор;

- мышь.

Из перечисленных частей компьютера «главным» является системный блок. В нем размещены все основные аппаратные компоненты компьютера: микропроцессор, оперативная память, счетчик времени, электронные схемы, управляющие элементами компьютера и обменом данными между памятью и другими устройствами, накопители на гибких и жестких магнитных дисках.

Любой персональный компьютер сегодня может работать с разным набором внешних устройств. Внешние устройства расширяют функциональные возможности компьютера

3.1. Микропроцессор

Микропроце́ссор — процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем (в отличие от реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели).

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. АЛУ предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

2. Устройство управления. Координирует взаимодействие различных частей компьютера и выполняет следующие основные функции:

• • формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления, 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.