Файл: Строение современного компьютера.pdf

Введение

Цель данной курсовой – изучение архитектуры современного персонального компьютера и ее функций. Основными задачами данной курсовой являются рассмотрение основных компонентов архитектуры современного ПК, их предназначения, функционирования во всей системе, их взаимосвязи и взаимодействия, обеспечивающих эффективную работу ПК.

С давних времен люди стремились облегчить свой труд. С этой целью создавались различные механизмы и машины, усиливающие физические возможности человека. Компьютер был изобретен в середине XX для усиления возможностей интеллектуальной работы человека, то есть работы с информацией.

В настоящее время развитие любой страны невозможно без компьютеризации всех сфер деятельности. От скорости и полноты обработки и передачи информации зависят успехи не только в научной, образовательной, экономической деятельности, но и в сфере политики и защиты государственных интересов, в совокупности способствующих устойчивому развитию страны. Важную роль в этом процессе играет совершенствование архитектуры компьютеров.

Сначала нам нужно определить, что мы будем понимать под архитектурой компьютера. Дисциплина «Архитектура компьютеров» изучает внутреннюю организацию вычислительной системы, знание которой позволяет программистам рационально использовать ресурсы системы и проектировать эффективные программы. Итак, под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. Архитектура ПК определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: центрального процессора; основной памяти; внешней памяти; периферийных устройств.

Мы различаем внешнюю архитектуру и внутреннюю архитектуру ПК. Во внешнюю архитектуру входит то, что видят люди, которые используют машину для своих целей. Внутренняя архитектура – это то, из чего состоит компьютер и на чем основывается накопление, обработка и передача информации внутри него.

В основе большинства современных и ранее разработанных ПК лежит так называемые принципы фон Неймана, названный в честь американского ученого Джона фон Неймана (1903-1957), впервые изложивший принципиальные положения архитектуры ПК во II-ой половине 40-х годов. По сути, Нейману удалось обобщить научные разработки и открытия многих других ученых и сформулировать на их основе принципиально новое.

Принципы фон Неймана.

1. Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто.

2. Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием.

3. Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.

4. Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании.

5. Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода.

6. Наличие устройств ввода и вывода информации. Именно эти устройства являются базовыми и достаточными для работы компьютера на пользовательском уровне.

7. Принцип открытой архитектуры – правила построения компьютера, в соответствии с которыми каждый новый блок должен быть совместим со старым и легко устанавливаться в том же месте в компьютере. В компьютере столь же легко можно заменить старые блоки на новые, где бы они ни располагались, в результате чего работа компьютера не только не нарушается, но и становится более производительной. Этот принцип позволяет не выбрасывать, а модернизировать ранее купленный компьютер, легко заменяя в нем устаревшие блоки на более совершенные и удобные, а также приобретать и устанавливать новые блоки. Причем во всех разъемы для их подключения являются стандартными и не требуют никаких изменений в самой конструкции компьютера.

Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.

Рассмотрим, каковы основные особенности архитектуры современных ПК. Она несколько отличается от концепции, которую мы изучили 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.

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип (Приложение 1). Модульная организация информационной системы основана на магист­ральном принципе обмена информацией. Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по магистрали, соединяющей все устройства компьютера. Устройства ПК представляют со­бой отдельные модули, которые подключаются к магистрали с помощью контроллеров и управление которыми на программном уровне обеспечива­ется специальными программами — драйверами устройств. Контроллеры одного или нескольких устройств монтируются на отдельных платах, кото­рые называются адаптерами. Именно контроллер принимает сигнал от про­цессора и дешифрует его для данного устройства. Таким образом, за работу конкретного устройства отвечает не процессор, а контроллер, что позволяет свободно менять внешние устройства ЭВМ. Модульный принцип позволяет подключить и заменить периферийные устройства, увеличить внутреннюю память, заменить микропроцессор, т.е. позволяет пользователю самому ком­плектовать нужную конфигурацию компьютера или проводить его модер­низацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления. Шины представляют собой многопроводные линии.

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники и в настоящее время составляет 64 бита.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют какую операцию считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т. д.

Ко всему прочему, ПК разделяют на две основные составляющие - аппаратное и программное обеспечение.

Аппаратное обеспечение персонального компьютера (Приложение 2) - оборудование, составляющее компьютер. Все устройства, составляющие аппаратное обеспечение персональ­ного компьютера, взаимосвязаны между собой, каждое из них выполняет свою функцию, а, в общем, обеспечивают полноценную обработку всех видов данных с помощью ПК.

Программное обеспечение (software) – это набор команд, управляющих работой компьютера. Без программного обеспечения компьютер не сможет выполнять задачи, которые мы обычно связываем с компьютерами.

Программа (program) – это набор команд для компьютера. Процесс создания или написания программ называется программированием, а люди, которые специализируются на этом виде деятельности – программистами. Синонимом слову "программа" является термин "приложение" (application).
Для того чтобы программа была выполнена, она должна быть загружена в оперативную память компьютера вместе с данными, которые необходимо обработать (обычно говорят запустить программу или запустить на выполнение). Когда выполнение программы завершено, она выгружается из оперативной памяти компьютера. Все современные компьютеры позволяют загрузить на выполнение несколько программ одновременно.

Ознакомившись с основные особенностями архитектуры современных компьютеров, начнем подробный разбор внешней архитектуры ПК.

Глава 1. Внешняя архитектура ПК

1.1 Основные положения

Внешняя архитектура современного персонального  компьютера представляет собой соединение монитора, клавиатуры, мыши и акустической системы к системному блоку. 

Также в состав компьютера могут входить дополнительные (периферийные) устройства. К ним относятся принтер, сканер, модем, источник бесперебойного питания (сокращенно ИБМ), ТВ-тюнер.

Так как развитие технологий идет настолько быстро, что «всё тайное становится явным» и многие внутренние компоненты системного блока теперь можно сделать внешними. Это относится к:

• видеокарте,
• звуковой карте,
• сетевой плате,
• дисководам,
• к винчестеру

Итак, рассмотрим основные компоненты внешней архитектуры современного ПК.

1.2 Системный блок

Системный блок - функциональный элемент, защищающий внутренние компоненты ПК от внешнего воздействия и механических повреждений, поддерживающий необходимый температурный режим внутри системного блока, экранирующий создаваемые внутренними компонентами электромагнитное излучение и является основой для дальнейшего расширения системы. Системные блоки чаще всего изготавливаются из деталей на основе стали, алюминия и пластика, также иногда используются такие материалы, как древесина или органическое стекло.

Системный блок ПК отвечает за полную жизнедеятельность всего компьютера. В нем расположены основные комплектующие.

Корпус ПК - это как правило невзрачный железный прямоугольный ящик в основном белого или черного цвета. Многих устраивает внешний облик корпуса, главное, чтобы все работало. Но существует категория людей которые желают изменить системный блок, сделать его красивее, вписать в интерьер рабочего стола как что то необычное и оригинальное. Так зародилось такое направление как моддинг. Моддинг (Приложение 3) под собой подразумевает изменение конфигурации и внешнего облика персонального компьютера, в большей степени системного корпуса. Чаще всего моддингом занимаются энтузиасты, доводя свой ПК до совершенства. Если произвести аналитическое сравнение, то аналогичным занятием можно назвать тюнинг автомобиля.

1.3 Монитор

Монитор (дисплей, экран) является составной частью каждого компьютера и предназначен для обмена информацией между пользователем и компьютером. Монитор компьютера - это универсальное устройство, предназначенное для визуального отображения текстовой и графической информации. Современный монитор состоит из экрана (дисплея), блока питания, плат управления и корпуса. Информация для отображения на мониторе поступает с электронного устройства, формирующего видеосигнал (в компьютере — видеокарта).