Добавлен: 25.04.2023
Просмотров: 105
Скачиваний: 3
Введение
Компьютер (англ. computer – вычислитель) — это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.
Изобретение персонального компьютера (ПК) – одно из самых значительных изобретений человечества. Понятие «персональный» появилось с возможностью человека самостоятельно, т.е. без профессионала-программиста работать с электронным устройством.
Активное развитие микроэлектроники, появление и постоянное совершенствование микроминиатюрных интегральных электронных элементов создали основу для развития и совершенствования персональных компьютеров. Производительность их взросла на три порядка, при этом, что очень важно цена практически не изменилась.
ПК стали доступны массовому потребителю и особенно популярны, т.к. они компактны, не требуют специальных условий эксплуатации, дешевы, благодаря дружественному интерфейсу с пользователем не требует специальной профессиональной подготовки при выполнении большей части работ. Все это обусловливается хорошо развитой и усовершенствованной архитектурой ПК, позволяющей активно, качественно, рационально и легко использовать ресурсы ЭВМ при информационно-вычислительных процессах.
Так как в информационном обществе главным ресурсом является информация, именно на основе владения информацией о самых различных процессах и явлениях можно эффективно и оптимально строить любую деятельность. А эффективная работа компьютера обеспечивается взаимодействием всех его важнейших деталей и компонентов, образующих его архитектуру. Поэтому невозможно представить современные производственные процессы в мировом информационном сообществе без использования ПК с хорошо разработанной архитектурой.
Профессионалы, работающие вне компьютерной сферы, считают непременной составляющей своей компетентности знание аппаратной части персонального компьютера, хотя бы его основных технических характеристик. Без специальных знаний здесь практически не обойтись.
Роль ПК как главного компонента при решении сложнейших задач и делает его незаменимым предметом в современной информационной эпохе.
Современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно не просто определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками.
В соответствии с вышесказанным и обоснована актуальность выбранной темы курсовой работы.
Целью настоящей курсовой работы является изучение архитектуры современных персональных компьютеров и ее функций.
Для реализации поставленной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
- изучить принципы функционирования персональных компьютеров;
- охарактеризовать виды ПК;
- изучить состав внутренней архитектуры ПК;
- дать характеристику основных компонентов внешней архитектуры ПК.
Глава 1. Особенности архитектуры ПК
Несмотря на то, что современные модели компьютеров представлены на рынке широким спектром брендов, собраны они в рамках небольшого количества архитектур.
Что такое архитектура ПК? Под этим довольно широким термином принято понимать совокупность логических принципов сборки компьютерной системы, а также отличительные особенности технологических решений, внедряемых в нее.
Архитектура ПК может быть инструментом стандартизации. То есть компьютеры в рамках нее могут собираться согласно установленным схемам и технологическим подходам. Объединение тех или иных концепций в единую архитектуру облегчает продвижение модели ПК на рынке, позволяет создавать программы, разработанные разными брендами, но гарантированно подходящие для нее.
Единая архитектура ПК также позволяет производителям компьютерной техники активно взаимодействовать на предмет совершенствования тех или иных технологических компонентов ПК. Под рассматриваемым термином может пониматься совокупность подходов к сборке компьютеров или отдельных его компонентов, принятых на уровне конкретного бренда. В этом смысле архитектура, которая разработана производителем, является его интеллектуальной собственностью и используется только им, может выступать конкурентным инструментом на рынке. Но даже в таком случае решения от разных брендов иногда могут быть классифицированы в рамках общей концепции, объединяющей в себе ключевые критерии, которые характеризуют компьютеры различных моделей.
Термин «архитектура ПК» информатика как отрасль знаний может понимать по-разному [1].
Первый вариант трактовки предполагает интерпретацию рассматриваемого понятия как стандартизирующего критерия. В соответствии с другой интерпретацией архитектура — это, скорее, категория, позволяющая одному бренду-производителю стать конкурентным в отношении других.
Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные. Основные функции определяют назначение ПК: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ПК реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств.
Одним из существенных достоинств современного ПК является гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, экономики, науки, образования, медицины, быта и т.д. Это связано с тем, что в основу архитектуры современных ПК 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 модулями (устройствами). Этот принцип также называют принципом открытой архитектуры.
Таким образом, под архитектурой персонального компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т. е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени.
1.2 Принципы функционирования персональных компьютеров
Исторически компьютер появился как машина для вычислений и назывался электронной вычислительной машиной – ЭВМ. В настоящее время наибольшее распространение получили 2 типа архитектуры ЭВМ: принстонская (фон Неймана) и гарвардская. Обе они выделяют 2 основных узла ЭВМ: центральный процессор и память компьютера. Различие заключается в структуре памяти: в принстонской архитектуре программы и данные хранятся в одном массиве памяти и передаются в процессор по одному каналу, тогда как гарвардская архитектура предусматривает отдельные хранилища и потоки передачи для команд и данных.
По перечисленным признакам и их сочетаниям среди архитектур выделяют:
По разрядности интерфейсов и машинных слов: 8-, 16-, 32-, 64-, 86-разрядные (ряд ЭВМ имеет и иные разрядности);
По особенностям набора регистров, формата команд и данных: CISC, RISC, VLIW;
По количеству центральных процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные, суперскалярные.
В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные знаменитым математиком Джоном фон Нейманом в 1945 г.
- Принцип программного управления — программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
- Принцип однородности памяти — программы и иные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять те же действия, что и над данными!
- Принцип адресности — основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.
Т.е. в составе компьютера:
- арифметическое логическое устройство – АЛУ. Преобразует информацию, выполняя сложение, вычитание и основные логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ»;
- устройство управления – УУ. Организует процесс выполнения программ;
- оперативное запоминающее устройство – ОЗУ, или память;
- устройства ввода и вывода – УВВ. Получают информацию извне, выводят ее получателю.
Концепция, разработанная Джоном фон Нейманом, – это классическая архитектура ПК.
Современные компьютеры, базируясь на тех же принципах, имеют некоторые отличия, обусловленные развитием техники и служащие решению важных для пользователя задач.
1.3 Внутренняя архитектура ПК
Рассмотрим, каковы основные особенности архитектуры современных ПК. Она несколько отличается от концепции, которую мы озвучили выше, но во многом продолжает ее.
Ключевая особенность ПК новейших поколений — арифметический, логический блок, а также то, что устройства для управления объединены в единый технологический компонент — процессор. Во многом это стало возможным благодаря появлению микросхем и дальнейшему их совершенствованию, что позволило уместить в сравнительно небольшой детали компьютера широкий спектр функций. Архитектура современного ПК также характеризуется тем, что в ней присутствуют контроллеры. Они появились как результат пересмотра концепции, в рамках которой процессор должен был выполнять функцию обмена данными с внешними устройствами. Благодаря возможностям появившихся интегральных схем соответствующий функциональный компонент производители ПК решили отделить от процессора.
Так появились различные каналы обмена, а также периферийные микросхемы, которые затем начали называться контроллерами. Соответствующие аппаратные компоненты на современных ПК могут, например, управлять работой дисков.
Устройство и архитектура ПК современных образцов предполагают использование шины. Основное ее назначение — обеспечение коммуникаций между различными аппаратными элементами компьютера. Ее структура может предполагать наличие специализированных модулей, отвечающих за ту или иную функцию.
Таким образом, структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов (см. рис. 1 Приложения 1) [2].
Устройства персонального компьютера подразделяются на:
- внутренние, находящиеся внутри системного блока;
- внешние, подключаемые к системному блоку через информационные кабели (или передаваемые необходимые данные, например с помощью инфракрасного излучения).
Внутренняя архитектура современного персонального компьютера определяется схемой его чипсета, которую можно найти на сайтах производителей — Intel и AMD.
Чипсет (англ. chip set) (Рис. 2, Приложение 1) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, ЦПУ, ввода-вывода и других. Чипсеты встречаются и в других устройствах, например, в радиоблоках сотовых телефонов. Раньше компьютер имел до 2-х сотен микросхем на материнской плате.
Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета, два основных функциональных контроллера, которые отвечают за работу всех компонентов системной платы (см. Рис. 3):
- контроллер-концентратор памяти (MCH) или северный мост (англ. North Bridge), который обеспечивает работу процессора с памятью и с видеоподсистемой;
- контроллер ввода-вывода или ICH (In/Out Controller Hub) или южный мост (Southbridge), который обеспечивает ввод-вывод информации ПК.
Рисунок 3. Схема размещения северного и южного мостов
Северный мост (системный контроллер), также известен как контроллер-концентратор памяти от англ. Memory Controller Hub (MCH) — один из основных элементов чипсета компьютера, отвечающий за работу с процессором, памятью и видеоадаптером. Северный мост определяет частоту системной шины, возможный тип оперативной памяти (в системах на базе процессоров Intel) (SDRAM, DDR, другие), её максимальный объем и скорость обмена информацией с процессором. Кроме того, от северного моста зависит наличие шины видеоадаптера, её тип и быстродействие. Для компьютерных систем нижнего ценового уровня в северный мост нередко встраивают и графическое ядро.