Файл: Архитектура современного ПК (Структура эвм. основные элементы пк).pdf

Введение

Тема курсовой работы - «Архитектура современного ПК». Персональный компьютер (ПК) – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения. ПК стал обязательным атрибутом в любом современном офисе. Это основная техническая база информационной технологии. Профессионалы, работающие вне компьютерной сферы, считают непременной составляющей своей компетентности знание аппаратной части персонального компьютера, хотя бы его основных технических характеристик. Особенно велик интерес к компьютерам среди молодежи, широко использующей их для своих целей.

Актуальность выбранной темы связана с тем, что современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно не просто определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний здесь практически не обойтись.

В практической части описано решение задачи по расчету средней цены 1 литра топлива, с использованием ППП MS Excel 2007 и его инструмента – сводной гистограммы.

 Для выполнения и оформления курсовой работы были использованы: ноутбук Acer (IBM-совместный), с микропроцессором Intel® Pentium ® Dual CPU T2370 @ 1.73GHz 1.73 GHz, с оперативной памятью объемом 2038 Мбайт, с жестким диском 200 Гбайт, цветной струйный принтер HP Deskjet. В курсовой работе использовались программные средства: операционная система MS Windows Vista ® Home Premium, пакеты прикладных программ: текстовый процессор MS Word, табличный процессор MS Excel, программа подготовки презентаций MS Office (версия 2007 г.), браузер Mozila Firefox (версия 3.0.18).

Архитектура современного пк

Структура эвм. основные элементы пк

Возможности персонального компьютера (ПК) определяются характеристиками его функциональных блоков. Замена одних блоков на другие в настоящее время не представляет особой проблемы, и при необходимости можно достаточно быстро произвести модернизацию ПК. Однако современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что не просто выбрать нужный блок, определить конфигурацию с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний здесь практически не обойтись. Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины. Рассмотрим состав и назначение основных блоков ПК.

Состав и назначение основных элементов ПК:

Общие принципы функционирования компьютеров, сформулировал Джон фон Нейман в 1945 году.

Основными блоками по Нейману являются следующие устройства:

Рисунок 1.Основные блоки по Нейману

На рисунке (Рисунок 1) – тонкие стрелки указывают направление потоков информации, жирные – управляющих сигналов от процессора к остальным узлам.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции;

Устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения программ;

Запоминающее устройство (ЗУ), или память для хранения программ и данных;

Устройства для ввода-вывода информации.

Это компьютеры классической архитектуры с общей шиной (или системной магистралью). Магистраль включает в себя:

1. шину адреса (передача адресов оперативной памяти);
2. шину данных (передача данных из оперативной памяти в АЛУ);
3. шину управления (передача управляющих сигналов от УУ).

Персональный компьютер (ПК) – комплекс взаимосвязанных устройств, каждому из которых поручена определенная функция – это системный блок, монитор (дисплей), клавиатура, мышь, соединенные кабелями или беспроводной связью.

В системном блоке расположены основные аппаратные компоненты ПК:

1. материнская (системная) плата;
2. процессор;
3. память;
4. адаптеры (контроллеры) внешних устройств;
5. дисководы для гибких и оптических дисков;
6. дисководы на жестком магнитном диске («винчестеры»);
7. органы управления (выключатели, кнопка сброса, индикаторы питания и режимов работы).

Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определенного типа – адресной, управляющей или шиной данных. Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине через контроллеры и порты.

Контроллер – специализированное устройство (или плата), управляющее работой некоторого периферийного устройства и обеспечивающее его связь с системной платой. Например, контроллер клавиатуры или жёсткого диска.

Адаптер – устройство, обеспечивающее согласование параметров входных и выходных сигналов в системе. Например, видеоадаптер, преобразующий цифровое изображение для отображения на аналоговом мониторе; адаптеры последовательного и параллельного портов.

Порты устройств – электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам процессора.

Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройства побитно.

Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.

К последовательному порту подключают медленно действующие или достаточно удаленные устройства (мышь, модем). К параллельному порту подсоединяют более быстрые устройства (принтер, сканер).

На материнской плате расположены главные компоненты компьютерной системы:

1. центральный микропроцессор, совмещающий в современных ПК АЛУ и УУ;
2. оперативная память;
3. микросхемы поддержки;
4. центральная магистраль или шина;
5. контроллер шины и несколько гнезд-разъемов (слотов).

Они служат для подключения к материнской плате других устройств.

Существуют следующие системные шины:

1. 16-разрядная шина ISA, работающая с тактовой частотой 8 МГц;
2. шины MCA с тактовой частотой до 10 МГц, разрядность шины 16 и 32 (шина несовместима с шиной ISA , поэтому практически не используется);
3. шина EISA работает с тактовой частотой 8-10 МГц (применялась в высокопроизводительных серверах и профессиональных рабочих станциях), являлась очень дорогим решением.

Для увеличения производительности используют локальные шины, связывающие процессор непосредственно с контроллерами периферийных устройств. Наиболее известные – VL-bus, PCI и PCI-Express. Для ускорения работы с графическими и видеоданными шина PCI дополнена портом AGP.

Высокоскоростные последовательные шины USB – служит для одновременного подключения большого количества внешних устройств – до 127, и IEEE-1394 (FireWire) – используется для соединения с внешними проигрывателями дисков DVD и CD-ROM, с цифровыми видео- и фотокамерами, с жесткими дисками.

Основные характеристики процессора – тактовая частота – количество элементарных операций, выполняемых процессором, в секунду и разрядность – количество двоичных разрядов, обрабатываемых за один такт, и количество разрядов, используемых для адресации оперативной памяти.

Понятие вычислительной системы

Вычислительная машина (ВС) – комплекс устройств для автоматической обработки данных при решении математических и информационных задач. Управление системой, обработка данных осуществляется по алгоритмам, которые вводятся в ВС в виде программ. Программы и данные хранятся в памяти ВС.

Разделяются:

• по типу решаемых задач – на специализированные и универсальные;
• по способу представления данных – на аналоговые и цифровые;
• по вычислительным возможностям – на мэйнфреймы (IBM ES-9000), машины среднего звена (IBM AS-400, RS-6000), персональные компьютеры;
• по исполнению на настольные, блокнотные (notebook) и пр.

Архитектура персонального компьютера

Основной принцип построения ЭВМ носит название архитектуры фон Неймана - американского ученого венгерского происхождения Джона фон Неймана, который ее предложил.

Современную архитектуру компьютера определяют следующие принципы:

1. Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера. Эффективность программного управления будет выше при решении задачи этой же программой много раз (хотя и с разными начальными данными).
2. Принцип программы, сохраняемой в памяти. Согласно этому принципу, команды программы подаются, как и данные, в виде чисел и обрабатываются так же, как и числа, а сама программа перед выполнением загружается в оперативную память, что ускоряет процесс ее выполнения.
3. Принцип произвольного доступа к памяти. В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.

На основании этих принципов можно утверждать, что современный компьютер - техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществить вычислительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.

Персональный компьютер типа IBM PC имеет довольно традиционную архитектуру микропроцессорной системы и содержит все обычные функциональные узлы: процессор, постоянную и оперативную память, устройства ввода/вывода, системную шину, источник питания.

Основные особенности архитектуры персональных компьютеров сводятся к принципам компоновки аппаратуры, а также к выбранному набору системных аппаратных средств.

Основные узлы компьютера следующие (Рисунок 2):

Центральный процессор — это микропроцессор со всеми необходимыми вспомогательными микросхемами, включая внешнюю кэш-память и контроллер системной шины. (О кэш-памяти подробнее будет рассказано в следующих разделах). В большинстве случаев именно центральный процессор осуществляет обмен по системной шине.

Оперативная память может занимать почти все адресуемое пространство памяти процессора. Однако чаще всего ее объем гораздо меньше. В современных персональных компьютерах стандартный объем системной памяти составляет, как правило, от 64 до 512 Мбайт. Оперативная память компьютера выполняется на микросхемах динамической памяти и поэтому требует регенерации.

Постоянная память (ROM BIOS — Base Input/Output System) имеет небольшой объем (до 64 Кбайт), содержит программу начального запуска, описание конфигурации системы, а также драйверы (программы нижнего уровня) для взаимодействия с системными устройствами.

Контроллер прерываний преобразует аппаратные прерывания системной магистрали в аппаратные прерывания процессора и задает адреса векторов прерывания. Все режимы функционирования контроллера прерываний задаются программно процессором перед началом работы.

Контроллер прямого доступа к памяти принимает запрос на ПДП из системной магистрали, передает его процессору, а после предоставления процессором магистрали производит пересылку данных между памятью и устройством ввода/вывода. Все режимы функционирования контроллера ПДП задаются программно процессором перед началом работы. Использование встроенных в компьютер контроллеров прерываний и ПДП позволяет существенно упростить аппаратуру применяемых плат расширения.

Контроллер регенерации осуществляет периодическое обновление информации в динамической оперативной памяти путем проведения по шине специальных циклов регенерации. На время циклов регенерации он становится хозяином (задатчиком) шины.

Перестановщик байтов данных помогает производить обмен данными между 16-разрядным и 8-разрядным устройствами, пересылать целые слова или отдельные байты.

Часы реального времени и таймер-счетчик — это устройства для внутреннего контроля времени и даты, а также для программной выдержки временных интервалов, программного задания частоты и т.д.